Анализ экранного интерфейса цифровых образовательных ресурсов по математике и возможные пути представления учебной информации в них
Скачать 0.79 Mb.
|
Анализ экранного интерфейса цифровых образовательных ресурсов по математике и возможные пути представления учебной информации в них Ежова Наталья Михайловна доцент, к.п.н., старший научный сотрудник, Институт научной информации и мониторинга РАО naegova@yandex.ru Аннотация В статье рассматриваются научные труды, посвящённые общим проблемам использования обучающих программ и работы практиков, направленные на выделение основных требований к организации информации, в том числе учебной математической, на экране монитора ПК, способствующих повышению удобства использования цифровых ресурсов. Уточняется определение понятия интерфейс, приводятся краткие результаты анализа экранного интерфейса компьютерных средств обучения, ведущегося с позиций удобства их применения в процессе обучения. В статье проанализирован экранный интерфейс учебных математических ресурсов с позиций удобства их применения в процессе обучения. На основе этого анализа, на примере математической информации. выведены минимально необходимые требования к представлению учебного материала на экране монитора компьютера и организации доступа к нему, учитывающие особенности восприятия информации с экрана. Раскрывается их содержание, рассматривается практическое применение сформулированных правил в организации учебной математической информации при создании прототипов цифровых образовательных ресурсов с математическим содержанием. Приводятся результаты апробации разработок в учебном процессе. Ключевые слова: экранный интерфейс, цифровые образовательные ресурсы, учебная математическая информация. ^ 14.01.29, 14.07.07 Новизна заключается в формулировании этих требований в виде правил технологического аскетизма, мозаики и масштабирования, обосновании их значимости для представления материала на экране монитора. Показывается на применении сформулированных правил в разработке прототипов ЭОР и на примерах образовательных Internet-ресурсов, что тенденции в технологических решениях представления учебной математической информации подтверждают методологическую значимость предлагаемых автором правил. Актуальность исследования подтверждается тем, очевидна невысокая успешность использования электронных образовательных ресурсов по математике, несоответствующая имеющимся техническим возможностям и уровню подготовленности учителей (преподавателей) и учащихся (учеников и студентов). Возрастает важность представления и организации учебной математической информации в соответствующих разделах порталов и сайтов и в самих продуктах. В противном случае огромные объёмы электронных цифровых ресурсов, созданные коллективами профессиональных разработчиков, могут остаться невостребованными. Автором используются следующие толкования ключевых терминов исследования. ^ – под элементами учебной математической информации, задаваемой с помощью формул, подразумеваются не только сами символы, но и такие их сочетания, которые можно рассматривать как логически осмысленные “части” (взаимосвязанные блоки) этой информации [25]. ^ – конкретный материальный продукт, реализующий ИКТ (информационно-коммуникационную технологию), который состоит, например, из дискет, компакт-дисков, методического обеспечения и т.д. В электронном ресурсе должны быть учтены основные принципы дидактического, технического, организационного, эргономического, эстетического характера [23]. ^ – форма и способ визуальной организации информации, считываемой глазом с экрана монитора ПК, которые делают все представленные служебные и учебные объекты и их взаимосвязи доступными зрению. Условно его можно разделить на две части: “служебную” – представление тех функций, которые не имеют непосредственного отношения к учебному содержанию программы, но необходимы для ее существования в компьютерной среде, “обучающую” – представление учебной теории и практических заданий на экране монитора ПК [26]. Введение История информатизации обучения еще очень коротка, не насчитывает и 100 лет, но тем не менее она наполнена бурными изменениями. Набор базовых терминов (терминология), информационная основа любого вида деятельности, не успев устояться, уже потерпел существенные изменения. К примеру, в начале процесса “встраивания” электронно-вычислительных машин в учебный процесс, речь шла о компьютеризации и о компьютерной грамотности. В первом 10-летии XXI века уже говорят об информатизации и информационной культуре. Практически с самого начала появления компьютеров отдельные энтузиасты и целые команды, коллективы кафедр, лабораторий и институты занимались разработкой и внедрением обучающих программ разного уровня и направления. В то же время параллельно постоянно вёлся анализ эффективности обучающих программ и уже тогда было сказано «компьютер – это лишь средство, применение которого должно определяться прежде всего целями обучения» [20]. До сих пор общее развитие информационных технологий не оказывало ожидаемого влияния на уровень использования компьютерных средств обучения. Тем не менее, каждый новый виток спирали развития информационных технологий вызывает появление уверений: «Технология предлагает новаторскую альтернативу традиционному школьному обучению, создавая возможности для персонального обучения, интерактивных занятий и коллективного преподавания… "никто уже не хочет покупать учебники"» [28]. Или «программы на CD-ROM, и формы организации учебной деятельности – вчерашний день, началась новая эпоха, определяемая такими терминами, как "облачные вычисления"»1. Мы же убеждены, что дело не в том, каким образом “доставляется” учебная информация к учащемуся, а в том, как она представлена. ^ Зарождалась эпоха всеобщей информатизации в 1943 году, когда «из уст Томаса Уотсона2 прозвучала знаменитая ныне фраза: “Я думаю, мировой рынок компьютеров вряд ли превысит пять штук”. Конечно, тогда она были не лишена смысла, так как компьютеры в … представляли огромные вычислительные машины. О каком-то прообразе современных ПК даже не было речи» [2]. Год за годом велось совершенствование компьютерной техники: в 1945 году – Джоном фон Нейманом впервые рассмотрена архитектура современных программируемых компьютеров, в 1947 – протестирован первый транзистор, в 1953 – первый электронный компьютер фирмы IBM, в 1956 - в Массачусетском технологическом институте создается многоцелевой транзисторный программируемый компьютер ТХ-0, в 1965 – анонсируется первый мини-компьютер PDP-8 (фирма DEC) [14]. Формы общения человека с машиной постепенно менялись: вместо цифрового и буквенного вводов команд [12] стало можно обрабатывать информацию, пользуясь образами (например, графиками или рисунками). Все эти нововведения позволили ЭВМ перейти в сферу массового использования с 80-ых годов прошлого века. Стало доступным главное ее достоинство – обработка информации различной природы, преобразованной в цифровой вид и представление результатов обработки в привычной для человека форме. Компьютеризация обучения была начата в 60-х годах XX века, когда пришедший в Массачусетский Технологический Институт (МТИ) доктор С. Паперт создал ЛОГО1 – первую и наиболее значительную попытку дать детям доступ к новым технологиям. «Восхищенный новыми возможностями компьютера и его интеллектуальной мощью, Симур понял, как эту машину можно использовать в процессе обучения детей… Реализуя алгоритмы на языке Лого, на уроке астрономии ученик может изобразить движение планет, на истории - проиллюстрировать знаменитое сражение, на математике - придать углам и дробям вполне конкретный, наглядный вид...» [38]. Однако при дальнейшем использовании созданные исследовательской лабораторией ЛОГО-миры2 не оправдали надежд своих создателей на «учение без учебных программ» [20], [10]. С годами менялся технический уровень ЭВМ, росла обеспеченность школ электронно-вычислительной техникой. Повышалось качество технического и программного обеспечения, росли возможности представления информации и диалога «человек – машина» (графика, мультимедиа, гипертекст, звук). Соответственно, расширялись возможности создания компьютерных средств, моделирующих различные средства обучения. В России система школьного образования «оказалась одной из… тех, где процесс информатизации был сознательно запланирован и поддерживался многочисленными программами вплоть до государственного уровня» [37]. Начался этот процесс еще в СССР с Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О мерах по обеспечению компьютерной грамотности»3. В постановлении рассматривались и задача компьютеризации школы, и реализация тотальной компьютерной грамотности. В последнее вкладывалось «понимание того, как устроен и работает компьютер, в чем суть процессов алгоритмизации и программирования задач, какие возможности предоставляет использование компьютера» [12]. В решение этих задач внесли свой вклад такие видные российские ученые, как Б.С. Гершунский, А.П. Ершов, А.А. Кузнецов, Е.И. Машбиц, А.В. Осин и другие [27]. Информатизация российского образования продолжается в XXI веке. В 2005 П.Г. Гудков4 рассказывал о содержании конкурсов ФЦПРО (Федеральной целевой программы развития образования), которые были выстроены в идеологии, описанной А.В. Осиным [16, 22]. В них предлагались к разработке унифицированные требования к созданию ЭОР; переподготовка разработчиков ЭОР; сетевые компьютерные практикумы для учащихся с ограниченными возможностями здоровья и для студентов вузов и ссузов по ряду дисциплин [4]. В 2006 он же писал, что в направлениях приоритетного национального проекта «Образование» – подключение к Интернет. Разработка ресурсов вошла двухгодичным проектом в Федеральную целевую программу развития образования (ФЦПРО) и, несколько ранее, в проект «Информатизация системы образования» («ИСО»). В них имелся контент и инструмент по его созданию и использованию. Параллельно осуществлялись проекты по апробации, повышению квалификации, поставкам оборудования, дистанционному обучению и т.д. В том же году был организован федеральный центр информационных образовательных ресурсов (ФЦИОР), в рамках которого производится публикация заказанных ЭОР. Ресурсы и инструменты, разрабатываемые в рамках ИСО, публикуются в Единой коллекции ЦОР1 [3]. Тогда же был запущен конкурс (34 млн руб.) на экспертизу и апробацию создаваемых ЭОР [15]. В 2006 г. прошел конкурс на разработку инструментальной системы организации и поддержки образовательного процесса [24]. На сегодняшний день «использование компьютеров в процессе обучения уже стало общепринятой тенденцией в образовании. Помимо осознанных всеми участниками образовательного процесса важности этой тенденции, использование компьютерных технологий введено на уровень государственных требований» [31]. Однако анализ экспертов Всемирного банка, проведённый в 2002-2004 г.г., показал, что учебное программное обеспечение, поставленное в школы России в рамках Федеральной целевой программы РЕОИС2, крайне редко использовалось. Одна из причин – представление информации на дисках в виде целостных курсов, в которых сложно найти и “извлечь” для автономного использования необходимый для конкретного урока материал [7]. В 2011 году результаты Всероссийского конкурса педагогического мастерства по применению электронных образовательных ресурсов (ЭОР) в образовательном процессе «Формула будущего – 2011» продемонстрировали, что в подавляющем большинстве профессионально изготовленные ЭОР, находящиеся в свободном доступе, оказались невостребованными [34]. Вопрос об эффективности обучающих программ рассматривался практически параллельно с их развитием. При этом мнения специалистов о результатах обучения с использованием компьютерных программ расходились: от утверждения, что применение компьютеров значительно сокращает сроки обучения3 до фиксации снижения показателей [20]. К примеру, масштабный эксперимент по апробированию обучающей системы TICCIT (математическая версия) показал поразительные результаты: в течение 1975-78 гг. участвовало 5000 учащихся. До конца курса дошло только 16% человек экспериментальной группы (в контрольной – 50%) и мотивация стала значительно ниже, чем в контрольной. Но при этом результаты “экспериментальников” были на 10% выше, чем “традиционников”. Порой программные продукты (почти 3000 фирм-разработчиков) даже не апробировались [20]. Расхождение в оценках могло быть вызвано различными причинами: нехваткой информации об эффективности конкретных программ; неоднозначностью методов изучения их эффективности, отсутствием контрольных групп и другими. В конце XX века был сделан следующий вывод: «Прежде чем решать вопрос об эффективности обучения с помощью компьютеров, необходимо выявить факторы, влияющие на эту эффективность. Знание таких факторов позволит не только оценить качество уже разработанных программ, но и наметить пути разработки эффективных обучающих программ» [20]. ^ Одним из существенных факторов, по нашему мнению, является визуальная организация информации в электронных образовательных ресурсах. При заполнении учебной математической информацией их “недр” «объём текстовой информации уменьшается, тщательные и подробные выкладки заменяются образами. Новый подход к передаче знаний влечет за собой изменение взгляда на сами принципы изложения учебной информации» [25]. Другие исследователи тоже признают важность этого фактора: «успех или неудача использования компьютерного учебника определяются… тремя главными факторами: способностями и мотивацией учащегося, способом использования компьютерного учебника и качеством компьютерного учебника. Именно в этот последний фактор входят как составная часть требования к форме представления материала для оптимизации учебного процесса» [1]. Форма предъявления информации играет большую роль при передаче знаний, как в традиционных средствах обучения, так и при их компьютерной реализации. Во втором случае возможности представления учебной теории расширяются и могут быть объединены в совокупность приемов, способов, форм (и технической поддержки), которая традиционно называется интерфейсом (или пользовательским интерфейсом) электронного учебника. Распространение персональных компьютеров (ПК) обогатило словарный запас общества различными терминами, такими, к примеру, как клавиатура, дисплей, процессор, системный блок и другие. Интерфейс – это то слово данного списка, содержание которого непрерывно изменялось и обогащалось. Дословный перевод термина Интерфейс (interface) с английского языка означает «граница раздела (между фазами), поверхность раздела» [29]. Первые определения интерфейса, появившиеся в справочной литературе 80-х годов ХХ века, отражали техническое “наполнение” этого термина, пришедшее из времен больших машин, когда была широко известна лишь одна форма “общения” с машиной – алфавитно-цифровой ввод данных. «Интерфейс – система унифицированных связей (по виду передаваемой информации, параметрам сигналов, аппаратуре), предназначенных для обмена информацией между устройствами вычислительной системы» (1979 год) [30]. Аналогично звучало определение интерфейса в источнике конца 80-х. «Интерфейс – способ связи различных устройств компьютера и вычислительных систем между собой, реализуемой электрическими, механическими и программными средствами» (1987 год) [12]. Если мы обратимся к определению интерфейса, данному в Математическом словаре 1988 года, то прочитаем: «Интерфейс (сопряжение) – способ и средства установления и поддержания информационного обмена между исполнительными устройствами автоматической или человеко-машинной системы» [19]. Уже в то время понималось, что «в вычислительной технике И[нтерфейс] является одним из первоочередных объектов стандартизации», и трактовалось это с позиций возможности независимой разработки «широкой гаммы технических устройств при сохранении их взаимозаменяемости» [см. там же]. Приведенные определения показывают, что на начальных этапах массового распространения вычислительной техники наиболее важна была совместимость технических составляющих персональной ЭВМ, которые создавались независимыми производителями. К 90-м годам прошлого века рынок прикладных программ, решающих различные задачи, значительно вырос. Однако широкое использование вновь создаваемых продуктов затруднялось из-за значительных различий в решениях одинаковых вопросов (от способов закрытия программ до типа принтера, с которым были “согласны” работать эти программы) [33]. Тогда же наметился подход к интерфейсу как к «внешней стороне» автоматизированной вычислительной системы, с которой непосредственно взаимодействует пользователь. В основу была положена мысль о том, что пользователь «имеет право ожидать… удобства в использовании системы» [17], что привело к выделению отдельного вида интерфейса, называемого пользовательским. Большинство считало, что пользовательский интерфейс «содержит полный спектр взаимодействия между пользователем и компьютером». Сюда включалось «аппаратное и программное обеспечение компьютера, дающее информацию пользователю и позволяющее ему работать с компьютером» [18], [8]. Для учителя и ученика в интерфейсе ЭОР главным, на наш взгляд, является эффективность и удобство восприятия учебной информации. Поэтому визуальная организация учебного материала на экране монитора ПК выделяется в содержании понятия интерфейс отдельным элементом, который можно определить как экранный интерфейс, что подразумевает такие форму и способ организации информации, считываемой глазом с экрана монитора ПК, которые делают все представленные служебные и учебные объекты и их взаимосвязи доступными зрению. Требования к нему не должны быть привязаны к конкретному типу операционной системы, в которой реализован программный продукт, так как это та его сторона, которая практически не зависит от своей технической реализации (2000 год) [5]. Проведем аналогию с бумажными учебными пособиями. Вид шрифта, которым набран учебный текст, достаточно важен, но для учебного процесса не имеет значения, каким образом был осуществлен набор этого текста: с использованием компьютера, или вручную наборщиком в верстатке, или на машине-линотипе. Условно экранный интерфейс можно разделить на две части: “служебную” – представление тех функций, которые не имеют непосредственного отношения к учебному содержанию программы, но необходимы для ее существования в компьютерной среде, “обучающую” – представление учебной теории и практических заданий на экране монитора ПК [27]. Это та сторона программного продукта, которая должна отвечать особенностям учебного процесса. Если продолжить аналогию с учебником, то главное в нем – доступное и наглядное для учащихся изложение материала. Отметим, что в предлагаемых выше трактовках интерфейса (в нашей терминологии экранного интерфейса) лишь неявным образом заложены традиционные требования к средствам обучения, и в особенности к учебникам. Это неудивительно, поскольку особенностям представления информации на экране монитора в различных исследовательских работах прошлого века уделялось внимания несколько меньше, чем вопросам представления учебной теории на бумажных носителях. Более того, развитие мультимедийных возможностей казалось весьма перспективным для применения в обучении [36]. Но практика работы с такими средствами показывала, что они либо мешают сосредоточиться на изучаемой теме, либо отвлекают внимание на выяснение того, что происходит при нажатии различных кнопок. Порой применение всевозможных «вспыхивающих и гаснущих» изображений, анимационных роликов, вращающихся трехмерных моделей и других программистских «прибамбасов», украшающих продукт, было самоцелью для разработчиков компьютерных средств обучения [35]. Наша исследовательская работа была посвящена анализу экранного интерфейса существующих электронных образовательных ресурсов различных видов и типов, выводу на основании этого анализа базовых требований к интерфейсу, и их применению при построении прототипов электронных средств обучения. Здесь мы приведём результаты анализа экранного интерфейса некоторых из рассмотренных нами разновидностей обучающих программ. ^ Открытая математика
Уже тогда они обладали рядом бесспорных плюсов: единообразный интерфейс, наличие гиперссылок, позволяющая переходить непосредственно к отдельным фрагментам программы, анимированная демонстрация образования геометрических фигур и пространственных тел. Образовательная часть Планиметрии и Стереометрии интересна и содержательна, поскольку в ее составлении участвовали специалисты самого высокого уровня.
К примеру, при «движении» по доказательству теоремы Фалеса рисунок, постоянно необходимый, скрывается за границами экрана (рис. 3, слева и справа).
^ . Открытая математика: доказательство теоремы Фалеса, занимающее две экранных страницы - наличие предложений типа «по теореме о следе (т. 5 глава 2)». При этом ссылки –перехода к формулировке теоремы нет, - к определениям и формулировкам теорем не хватает соответствующих рисунков, - “живые” картинки фигур сложно установить в нужную позицию, - нельзя из отдельных фрагментов сформировать свой урок или поставить закладки на нужных страниц [8]. В 2010 году мы вышли на сайт Математика проекта Открытый колледж (http://www.mathematics.ru/). Здесь предлагаются различные учебные курсы в “облачном” режиме, что подразумевает: «Облачные вычисления — это такой подход к размещению, предоставлению и потреблению приложений и компьютерных ресурсов, при котором приложения и ресурсы становятся доступны через Internet» [32]. Среди этих ресурсов и те, чьи CD-версии мы анализировали в 2003-2004 годах. Внешнее оформление этих программ было почти полностью сохранено, изменилась лишь цветовая гамма и набор пунктов верхнего меню (рис. 4).  Рис. 4. Открытая математика: “обложка” облачной версии (2011 год) В содержании произошли некоторые положительные изменения: добавлен раздел Учителю, содержащий нормативные документы, методические
Фалеса. Организация информации значительно изменилась, теперь доказательство и рисунок помещаются на одном экране (рис. 6, вверху), причём текст “прячется” за кнопкой Доказательство и разворачивается на экране только принудительно. Название “по второму признаку равенства треугольников” является ссылкой к соответствующему тексту. В варианте 2001 года введён инструмент “лупа”, который позволяет увеличить сопровождающий доказательство рисунок, чтобы рассмотреть его поподробнее. Но рисунок раскрывается на весь экран и поэтому закрывает текст доказательства.  Рис. 6. Открытая математика: Текст и рисунок доказательства теоремы Фалеса Определенные проблемы в работе ресурса связаны с применением “облачных” технологий. С предыдущими версиями, распространяющимися на CD, поставлялся браузер «Microsoft Internet Explorer». Здесь же нигде в описании не оговорены ограничения на использование браузера, однако при просмотре страниц Открытой математики даже с помощью «Microsoft Internet Explorer» удаётся увидеть не всё. К примеру, при попытке перейти к работе с моделью (рис. 5) открывается страница с пустым окошко (рис. 7) вместо модели.  Рис. 7. Открытая математика: окно, в котором предполагалась работа с моделью треугольника
|
Добавить документ в свой блог или на сайт
