Технология создания электронных средств обученияавторы Беляев М. И., Гриншкун В. В., Краснова Г. А
 Скачать 1.37 Mb.
|
|
быть предком". В качестве отношения "быть базовым" может быть выбрано структурное отношение типа "быть частью" или семантическое отношение типа "упрощение". Точнее, понятие Т' яв- ляется базовым для Т, если определение Т существенно опирается на определение Т'. Напри- мер, для геометрического понятия "отрезок" базовыми являются понятия "прямая" и "точка". Обратное отношение назовем "быть актуальным". При проектировании тезауруса предметной или образовательной области одно из от- ношений выбирается в качестве связеобразующего. Если главным выбрано отношение "пре- док-наследник", то тезаурус представляет собой классификацию, на верхних уровнях кото- рой расположены более общие понятия. Примерами таких систем понятий и связей могут служить биологические классификации животных и растений, классификация химических элементов и т.п. В случае, если в качестве связеобразующего выбрано отношение "актуальный- базовый", тезаурус представляет собой поуровневое описание сложного объекта или процес- са, а верхние уровни ее соответствуют более сложным (структурно или идейно) объектам. Примерами могут служить поуровневые описания сложных технических устройств (корабль, двигатель автомобиля, компьютер) или иерархии целей (действий, навыков) при решении за- дачи. Очевидно, что при построении тезауруса образовательной области и его использовании в создании ЭСО выбор связеобразующего отношения определяется целями, формой и кон- текстом его последующего применения в учебном процессе. Описав возможные практические шаги к выявлению межпонятийных связей, вернемся к методам формализации построения и описания тезаурусов образовательных областей. По- строение тезауруса Z в виде таблицы, как это было показано выше, приводит к естественно- му предположению, что подобная таблица (тезаурус) может быть оформлена для любой об- разовательной области. Меняются лишь сами термины t i и месторасположение связей v i , что и задает специфику данного научного направления. Известно, что таблица, представленная выше для конкретизации тезауруса, на самом деле является графом Z v с вершинами t i , а элементы v i соответствуют его ребрам. Однако, как показывает практика, графы с присущими им циклами (наличие в графе пути по ребрам от вершины к самой себе) не являются идеальной структурой для построения электронных версий тезаурусов, их обработки, а тем более для разработки каких бы то ни было электрон- ных средств обучения. Решение данной проблемы лежит в использовании специальных подграфов, которые получаются за счет удаления циклов из исходного графа-тезауруса. Большинство педагогов, изучающих настоящее Интернет-издание, скорее всего не зна- комо с графами и их особенностями. В связи с этим, прежде чем рассмотреть конкретные пу- ти использования графов, отражающих содержание образовательных областей, опишем бо- лее подробно и доступно понятие и основные свойства информационных объектов, каковы- ми являются графы и деревья-иерархии. Определим граф как множество вершин - терминов и множество связей - отношений между вершинами. Графически такая информационная структура может быть представлена в виде набора квадратов или кругов - вершин графа и набора отрезков, соединяющих круги, соответствующие связанным по смыслу терминам. Подобные отрезки - отношения чаще все- го называют ребрами или дугами графа. Таким образом, основными элементами графа яв- ляются вершины и ребра. Пример графа, содержащего шесть абстрактных терминов A, B, C, D, E, F и отношений между ними приведен на рисунке. 105 В зависимости от вида вершин и ребер можно говорить о существовании графов раз- личных типов. В частности, если при расстановке ребер важно их направление, когда при изображении графа ребра снабжают стрелками, то такой граф считается ориентированным. Говоря другими словами, граф считается ориентированным, если в нем существуют такие две вершины A и B, что А "связана" с В, а В "не связана" с А. Рисунок содержит пример ори- ентированного графа. Примером ориентированного графа может служить набор площадей некоторого города, связанных дорогами для движения транспорта, среди которых имеются дороги с односторонним движением. 106 Говорят, что из вершины графа А в вершину В есть путь, если существует хотя бы од- но множество ребер графа, объединение которых связывает вершины А и В. Понятие пути позволяет разделить все возможные графы на две большие группы по признаку связности. Граф называется связным, если для любых его вершин А и В существует хотя бы один путь, соединяющий А и В. Говоря иначе, в несвязном графе должны найтись такие две вершины, между которыми не существует пути. Например, граф, изображенный на рисунке несвязный, поскольку в нем нет пути между вершинами А и Е. 107 Как правило, графы могут иметь произвольную структуру, так как общее определение не предполагает каких либо ограничений на вершины и виды связей между ними. Не исклю- чено, что, выйдя из некоторой вершины и пройдя по некоторому набору ребер (а иногда и только по одному ребру), мы, в конечном итоге, попадем в ту вершину, из которой наш мар- шрут начинался. В этом случае говорят, что в графе существует цикл. Попытаемся дать это- му понятию более точное определение. Циклом называется путь, для которого началом и концом является одна и та же вершина графа. Наглядное представление о графе с циклами можно получить из рисунка. Из вершины А, пройдя по вершинам D, F или D, B, C, F, можно снова прийти в А. Очевидно, что понятие графа как нельзя лучше подходит для формализации тезауру- сов. Чтобы пояснить это утверждение, попытаемся привести пример упрощенного графового представления некоторых понятий общеобразовательного курса информатики. Пусть в каче- стве таких понятий выступают: "Информация", "Визуальная информация", "Звук", "Текст", "Графическое изображение", "Компьютер", "Алгоритм", "Данные", "Язык программирова- ния". Вполне возможно, что один из допустимых способов их связывания порождает граф, отраженный на рисунке. 108 Другой пример графа, теперь уже для основных понятий школьной математики, приве- ден на рисунке. На нем показана взаимосвязь таких понятий как "Численные значения", "Арифметические выражения", "Простые дроби", "Натуральные числа", "Целые числа", "Де- сятичные дроби", "Сложение", "Вычитание", "Деление", "Умножение". Безусловно, возмож- но построение и других структур, связывающих данные понятия на основании других крите- риев структуризации. Из схем видна инвариантность данного подхода относительно специ- фики образовательной области: вне зависимости от учебной дисциплины (информатика или математика) принципы построения и отображения графа понятий остаются едиными. 109 Возможно и другое представление информации, заложенной в вершинах и ребрах гра- фа. В частности, существует и, так называемое, табличное представление графа. В этом слу- чае имена строк и столбцов таблицы совпадают с наименованиями вершин графа, а ячейки отражают наличие связей между соответствующими вершинами. Подобный способ широко применяется для хранения информации о результатах спортивных состязаний (турнирные таблицы), когда соревнующиеся команды или спортсмены перечисляются в качестве назва- ний для строк или столбцов таблицы, а в ячейках отмечаются результаты соответствующих поединков. Применительно к содержанию образовательной области такой подход также может быть применен довольно эффективно. Например, для показанного на рисунке графа понятий общеобразовательного курса информатики, табличное представление могло бы выглядеть, как показано в таблице. Пример, демонстрирующий табличное представление графа, еще раз доказывает спра- ведливость утверждений о возможности и целесообразности представления тезауруса обра- зовательной области с помощью графов, поскольку таблица, построенная нами выше для те- зауруса Z, имеет форму, аналогичную форме данной таблицы. Представление содержания образовательной области в виде графа может дать обшир- ную информацию о взаимосвязи понятий для специалистов, занимающихся разработкой со- держания обучения. Более того, подобная информационная структура может служить хоро- шей основой или "каркасом", легко превращающимся в то или иное электронное средство обучения путем конкретизации имеющихся в графе понятий, а также дополнением вершин соответствующим учебным материалом в виде пояснений, задач, тестов, практических зада- ний и т.п. Уже отмечалось, что наличие в графе циклов сильно усложняет процессы его обработ- ки и, тем более, понимания. Циклы нарушают структуру графа, ломают давно сложившиеся 110 стереотипы о переходах от "общего" к "частному" и от "простого" к "сложному", а эти прин- ципы традиционно лежат в основе методологии учебного процесса. Присутствие цикла в со- держании обучения или в конкретном учебном средстве может привести к тому, что, начиная изучать некоторое понятие, отталкиваясь от его определения и изучая следующие за ним по смыслу понятия, обучаемый может через некоторое время вновь прийти к уже изученному. В этом случае встанет естественный вопрос о наличии логики в изложении учебного материа- ла. Кроме того, графы, имеющие циклы, как правило, плохо поддаются обработке. Элемен- тарный обход информационной структуры, связанный с последовательным просмотром всех вершин, в этом случае сильно затруднен. Существует несколько способов преобразований графов, приводящих к ликвидации циклов. В их числе пренебрежение малозначимыми связями, объединение циклической кон- струкции в одну вершину и переформулирование соответствующего понятия, изменение критерия, лежащего в основе связывания понятий и другие приемы. Попытка ввести ограничение на наличие циклов в графах, связанных с представлением тезаурусов образовательных областей, приводит к определению более приемлемой для хра- нения информации структуры - дерева или, иначе, иерархии. Определим дерево (иерархию) как связный граф, не имеющий циклов. Таким образом, передвигаясь по направлению от не- которой вершины дерева, мы уже никогда не придем к ней вторично, что и соответствует по- следовательному характеру обучения. При этом остается возможность перехода от одной вершины к нескольким следующим, связанным с данной вершинам. Для понятия "дерево" не делается никаких ограничений на количество вершин, которые могут быть связанны с дан- ной вершиной. Процессы сведения произвольных графов понятий образовательной области к структу- рам, лишенным циклов, можно формализовать и ввести в технологию информационного ин- тегрирования на основе использования механизма выделения каркасов, представленного в современной теории графов. Каркасом неориентированного графа называется его подграф, являющийся деревом. Каркас должен содержать в точности те же вершины, что и исходный граф. Справедливо ут- верждение, что неориентированный граф имеет каркас, если он связен. Существует несколько алгоритмов нахождения каркасов в графах, подробно описанные в специальной литературе. В их числе алгоритмы нахождения каркаса на основе поиска в глубину и ширину, алгоритм Краскала, алгоритм Прима, алгоритм Эдмондса и другие. Опи- сание этих алгоритмов встречается в большинстве монографий по теории графов и приложе- ниям. Очевидно, что для одного графа существует множество каркасов. Однако, это множе- ство конечно. Для определения всех возможных каркасов разработаны специальные техно- логии, основу которых составляют алгоритмы перечисления всех каркасов. К таким алго- ритмам относятся алгоритм Винтера, алгоритм Чена и некоторые другие. Таким образом, в рамках описания технологии информационного интегрирования по- является подход, согласно которому по уже построенному графу понятий можно предъявить разработчику содержательного наполнения электронного средства обучения набор деревьев- каркасов, наиболее точно описывающих структуру и содержание образовательной области. Далее в зависимости от целей и других компонентов методической системы обучения автор учебного курса или ЭСО должен выбрать один из каркасов (представляющий собой дерево) для дальнейшей работы. Деревья обладают рядом свойств, которые полностью характеризуют их. На основе та- ких свойств можно построить несколько определений дерева, эквивалентных данному выше (эквивалентность таких определений доказана в теории деревьев): 111 § деревом называется неориентированный граф, любые две вершины которого связаны с помощью единственного пути, § деревом называется неориентированный граф без циклов, добавление любого ребра к которому приводит к появлению в точности одного цикла, § деревом называется связный неориентированный граф, у которого удаление одного ребра приводит к нарушению связности, § деревом называется связный неориентированный граф, имеющий n вершин и n-1 реб- ро, § деревом называется граф без циклов с n вершинами и n-1 ребрами, § деревом называется неориентированный граф, все возможные пути в котором про- стые, т.е. ни одна вершина не входит в них дважды. Не ссылаясь на понятие графа и не рассматривая дерево как частный случай графа, можно определить дерево через свойства его вершин и отношений между ними. Деревом (иерархией) можно назвать граф, в каждую вершину которого приходит не более одного ребра. Исходить же из вершины может любое количество ребер. Вершина, из которой исходит ребро по отношению к вершине, в которую ребро приходит, называется ро- дительской. Наоборот, вершина, в которую приходит ребро, называется сыновней. Таким образом, в дереве для каждой сыновней вершины может существовать не более одного роди- теля. Выделяются вершины с особым сочетанием связей. Вершина, не имеющая родителей, называется корнем дерева. Вершины, не имеющие сыновних вершин, называются листьями дерева. Внимательное рассмотрение структуры, которую порождает дерево, приводит к фор- мулировке основного свойства дерева: каждая вершина обязательно достижима из корня. Иначе говоря, если вершина А - корень дерева, а вершина В - любая вершина дерева, то су- ществует путь из вершины А в вершину В, притом единственный. Каждая вершина вместе с системой сыновних вершин, в свою очередь, образует дерево с корнем в данной вершине. По отношению к объемлющему дереву такое дерево называется поддеревом. Примеры деревьев приведены на рисунке. 112 Одним из ключевых моментов манипулирования с иерархическими информационными структурами является достаточно хорошая формализация последовательного обхода всех вершин дерева (иерархии). Рассмотрим основные положения, касающиеся обхода вершин с целью их последующего учета при разработке и описании технологии информационного ин- тегрирования и конкретных ЭСО. Для так называемого обхода дерева в глубину можно воспользоваться тремя способа- ми: проходить вершины в префиксном, инфиксном или постфиксном порядке. Эти способы обхода дерева определяются следующим образом. В случае, когда дерево пусто, оно прохо- дится без выполнения каких-либо действий. В противном случае прохождение складывается из трех видов действий, одних и тех же для разных способов, но выполняемых в разной по- следовательности. Префиксный порядок - посетить корень, пройти левое поддерево, пройти остальные поддеревья слева направо. В настоящем изложении подобный обход будет обозначаться как левосторонний нисходящий. Инфиксный порядок - пройти левое поддерево, посетить корень, пройти правое подде- рево. Постфиксный порядок - пройти поддеревья слева направо, затем посетить корень. Иерархии, задающие связи по принципу "родительская вершина порождает набор сы- новьих", наиболее естественным образом аппроксимируют тезаурус и, как следствие, содер- жание большинства образовательных областей. Деревья-иерархии в явном виде отражают логическую подчиненность понятий, входящих в тезаурус, позволяют говорить об отноше- ниях "общее-частное", способах конкретизации понятий через понятия более низкого уровня и, что немаловажно, позволяют на практике осуществить идею формализации построения содержания как традиционных, так и электронных средств обучения. 7.2. Компоновка учебного материала при создании электронного средства обучения 113 Выделение компонент в средстве обучения. Создание системы навигации по гиперме- диа-материалу. Принципы корректного формирования электронного издания или ре- сурса Тезаурус образовательной области, содержащий в себе множество понятий и связей между ними, безусловно, представляет собой ту смысловую основу, которая должна быть доведена до обучаемого в результате процесса обучения. В этой связи содержание учебных курсов, а также любые средства обучения, включая электронные, должны строиться в стро- гом соответствии с подобными информационными иерархиями, отражать их структуру и смысловую подчиненность понятий. Однако практика показывает, что для нормального учебного процесса этого недостаточно. Необходим дополнительный объем учебного инфор- мационного материала, с помощью которого до обучаемого могли бы быть доведены осо- бенности информационной базы, содержащейся в тезаурусе образовательной области. При этом содержание, объем и вид такого материала должны варьироваться в зависимости не только от специфики образовательной области, но и от индивидуальных особенностей кон- кретного контингента учащихся. Здесь речь идет о сопровождающих любой учебный курс описаниях, пояснениях, примерах, демонстрациях и пр. Необходимо дополнение элементов иерархической структуры различными ин- формационными объектами, построенными по принципам гипермедиа. Говоря более точно, каждая вершина иерархической структуры должна иметь некоторое дополнение. В качестве дополнений педагог, создающий ЭСО, собирает электронные материалы, в роли которых могут выступать компьютерные файлы практически всех известных информа- ционных форматов и содержать в себе простой или форматированный текст, рисунки, схемы, таблицы, диаграммы, фотографии, аудио- или видеозаписи, вопросы или варианты ответов тестов и пр. Наличие или отсутствие "присоединенных" файлов никак не отражается на структуре понятий, представленной в виде иерархии, но в совокупности с ней представляет собой систему необходимых информационных компонентов для создания ЭСО. Содержимое присоединенных файлов используется во время обработки иерархической структуры при компоновке содержания гипертекстовой или гипермедиа-страницы электрон- ного средства обучения, соответствующей данному понятию иерархии. Ключевым моментом описываемой примерной технологии создания ЭСО является упоминавшаяся выше возможность обработки иерархических структур понятий образова- тельной области. Такая обработка основана на последовательном обходе вершин иерархии и создания для каждой вершины гипертекстовой или гипермедиа-страницы ЭСО. Целесообразнее всего использовать рекурсивный левосторонний нисходящий обход вершин дерева. Порядок просмотра вершин педагогом-разработчиком в некоторых случаях может оказаться важным для пользователя, поскольку он задает очередность построения ин- формационных страниц (например, информационных статей гипертекста) ЭСО, конструи- руемого в ходе обработки тезауруса образовательной области. Частично теоретические аспекты и виды обходов иерархий были изложены в предыду- щем параграфе настоящего Интернет-издания. Здесь же следует конкретизировать, что лево- сторонний нисходящий обход подразумевает, что обработка всех вершин иерархии начнется с корневой вершины, затем будет осуществлен переход к сыновьей вершине, находящейся в самом первом гнезде (гнезда нумеруются в порядке их построения и присоединения к ним сыновних вершин при создании дерева). Далее снова будет осуществлен переход к первому сыну и, соответственно, спуск на еще один уровень иерархии. Такой процесс спуска (перехо- дов к сыновним вершинам) будет продолжаться до тех пор, пока в качестве очередной обра- батываемой вершины не окажется лист дерева и очередной переход к вершине более низкого уровня станет невозможным. В этом случае осуществляется подъем на один уровень вверх (переход к родительской по отношению к листу вершине) и спуск к вершине, уточняющей 114 теперь уже второе гнездо. После этого, процесс левостороннего спуска продолжается уже для этого поддерева. Алгоритм левостороннего нисходящего обхода элементов иерархии легко пояснить на двух достаточно простых примерах. Рассмотрим две иерархии, уже использованных ранее в примерах-иллюстрациях. На рисунке они помечены как И-1 и И-2. При левостороннем нис- ходящем обходе вершины иерархии И-1 будут обработаны в следующей очередности: A-B- D-F-H-G-C-E. Согласно этим же принципам вершины иерархии И-2 будут обработаны в по- рядке: A-B-D-F-H-C-G-E. Основными средствами обучения (созданными на основе применения одной и той же описываемой технологии информационного интегрирования) являются традиционные "бу- мажные" и электронные учебники, учебные пособия, электронные и обычные текстовые до- кументы, Интернет и Интранет-сайты педагогического назначения, интерфейсные и содер- жательные компоненты педагогических программных средств, учебные информационно- поисковые системы и другие средства, многие из которых относятся к ЭСО. Благодаря обработке древовидных структур создаваемые информационные страницы ЭСО автоматически снабжаются требуемой системой гиперссылок. Объединение созданных в результате обработки иерархии вершин образует "полуфабрикат" требуемого средства обу- чения, унифицированный относительно специфики содержания образовательной области и нюансов методических систем обучения разным дисциплинам. Такой "полуфабрикат" требу- ет лишь незначительной "ручной" доработки перед непосредственным использованием в процессе информатизации различных видов образовательной деятельности. Разработка информационного наполнения, дополняющего вершины иерархических структур в ходе реализации описываемой технологии создания ЭСО (информационного ин- тегрирования), может производиться на основе комплексного использования современных мультимедиа-технологий. Следует учитывать, что средства, используемые для конструирования мультимедийной дополнительной информации, конкретизирующей иерархии, должны предоставлять возмож- 115 ность работы с текстом, числовой информацией, графикой, изображениями, звуком, видео, анимацией, и т.д. Проблема создания и дальнейшего сопровождения мультимедийных средств обучения осложняется многообразием используемых при разработке программно- технических средств и инструментариев. Не менее сложной проблемой является "нестыков- ка" мультимедийных фрагментов, как по логике построения, так и по технике организации диалога с обучаемым, появляющаяся при отсутствии единой схемы, в рамках которой проек- тировались бы различные мультимедийные дополнения. Даже различное использование управляющих клавиш, кнопок и их расположение на экране вызывает дискомфорт и потерю эффективности обучения при переходе обучаемого от одного содержательного фрагмента к другому. Вернемся к графам и иерархиям, описывающим содержательное наполнение ЭСО. Очевидно, что такие графы и деревья тесно связаны с описанным ранее гипертекстом. Дело в том, что структуру любого гипертекста графически можно представить в виде графа, узлы которого содержат текстовые описания объектов, а ребра указывают на существование связи между объектами и позволяют определить тип связи. По отношению к гипертексту вершинами графа являются объекты, на которые в гипер- тексте предусмотрены информационные статьи, а в качестве ребер графа выступают ссылки на соответствующие информационные статьи. На рисунке приведен пример графа, описы- вающего отношения между шестью абстрактными объектами гипертекста A, B, C, D, E, F. Согласно данной схеме и должна быть построена система ссылок между шестью информа- ционными статьями гипертекста. Из указанного рисунка следует, что в содержании информационной статьи об объекте А обязательно содержится не менее одной ссылки на информационные статьи об объектах В, D и F. В статье об объекте B обязательно найдутся ссылки на статьи о C, A и E и т.п. Подоб- ные схематические представления графов-тезаурусов вполне могут являться руководством для разработчиков по конструированию гипертекста или же, наоборот, служить путеводной схемой-указателем при обходе и изучении пользователем информационных статей гипертек- ста в ЭСО. 116 Все ЭСО, разрабатываемые в рамках описываемой технологии, могут быть отнесены к классу гипермедиа. Более того, определен специализированный принцип размещения ин- формации в гипермедиа средствах обучения. Данный принцип также является неотъемлемой частью технологии информационного интегрирования и используется в ходе обработки ие- рархических систем понятий. Иерархии понятий, снабженные глоссарием (алфавитным списком), комментариями и дополнительной гипермедиа-информацией, как было показано выше, являются тезаурусами образовательных областей. Такой тезаурус практически полностью совпадает с тезаурусом гипертекстовой системы: в обоих случаях мы имеем дело с множеством понятий, связей ме- жду ними и некоторой дополнительной информацией. В связи с этим, процесс получения гипертекстового электронного средства обучения (и даже традиционного "бумажного" учебника) может быть сведен к достаточно формализо- ванному процессу обхода иерархической структуры с созданием для каждой вершины дерева (понятия тезауруса) соответствующей информационной статьи, содержащей гиперссылки согласно ребрам иерархии (связи между понятиями тезауруса) и информацию, представлен- ную в дополнительных файлах. В этом случае, согласно определенным выше правилам по- строения гипертекста, название вершины иерархии должно совпадать с заголовком тезаурус- ной статьи гипертекста, который, в свою очередь должен быть идентичен наименованию со- ответствующей информационной статьи ЭСО. Гипермедиа-средства обучения, получаемые с помощью такой технологии, обладают и многими другими важными свойствами, неотъемлемыми для гипертекстовых систем. В ча- стности, при построении и редактировании иерархии и алфавитного списка возможно ис- пользование ничем не ограниченных названий для определения понятий образовательной области. В качестве них могут выступать слова, фразы и даже полные, законченные по смыслу предложения. В этом случае именно эти "многословные" названия вершин будут ис- пользованы для заголовков тезаурусной и информационной статей. Индексирование гипертекстового средства обучения сопровождается расстановкой со- ответствующих гиперссылок, что не только способствует единообразию средств информати- зации, но и значительно упрощает поиск информации, необходимой для обучаемого. Кроме описанных стандартных требований, накладываемых на любой гипертекстовый документ, создаваемые таким образом ЭСО подчиняются еще и специализированным требо- ваниям, соблюдение которых происходит автоматически при обработке иерархий педагога- ми. В частности, в электронном гипермедиа-средстве обучения наряду с информационными страницами и, возможно, индексом должна присутствовать страница со структурой содержа- тельного наполнения средства обучения, так называемая карта, которая представляет собой иерархию заглавий всех страниц ЭСО или структурированное оглавление. При этом каждый элемент такой иерархии должен являться гиперссылкой на соответствующую страницу раз- рабатываемого средства обучения. При построении гипермедиа-средств обучения регламентированы особенности по- строения и всех остальных страниц подобных средств. В заглавии каждой гипертекстовой или гипермедиа-страницы публикуется имя соответствующей вершины иерархической структуры, являющееся элементом тезауруса образовательной области. Все гиперссылки, предназначенные для навигации по ЭСО должны быть сгруппированы на экране компьютера в три основные группы. Первая из них (группа "родителя") содержит единственную гиперссылку на страницу, соответствующую вершине-родителю по отношению к данной вершине-странице. Иначе го- воря, эта группа содержит гиперссылку на страницу, посвященную объемлющему понятию. Тот факт, что данная группа всегда содержит только одну гиперссылку, обусловлен ранее описанными особенностями организации данных в виде дерева-иерархии, когда каждая вер- 117 шина может иметь не более одного родителя. Из этого следует, что группа "родителей" ни- когда не может оказаться пустой (это противоречило бы свойству связности дерева), за ис- ключением, возможно, самой первой, основной титульной страницы гипертекстового сред- ства информатизации, хотя и она, как правило, содержит ссылки на другие, более объемлю- щие по смыслу электронные документы или сайты. Вторая группа (группа "сыновей") содержит гиперссылки на страницы, содержание ко- торых уточняет или дополняет содержание текущей страницы. В иерархической структуре понятий таким гиперссылкам соответствуют вершины-потомки, для которых данная верши- на является родительской. Такое выделение гиперссылок порождает достаточно удобную методологию просмотра гипертекстовых страниц, когда обучаемый не переходит к рассмот- рению материала более низкого уровня, если содержание текущей гипертекстовой информа- ционной статьи его не заинтересовало или оказалось для него известным, и, наоборот, в слу- чае если материал гипертекстовой статьи оказался полезным или интересным для пользова- теля, он может воспользоваться явно прописанными и сгруппированными заголовками ги- пертекстовых статей, содержащих более подробный материал по данному информационному направлению. Возможны ситуации, когда группа "сыновей" не содержит ни одной гипер- ссылки. Пустота данной группы свидетельствует о достижении обучаемым листа соответст- вующей гипертексту иерархии. Иначе говоря, для содержания гипертекстовой статьи, имеющей пустое множество гиперссылок в группе "сыновей", уточняющего или дополняю- щего материала в данном гипертексте не предусмотрено. И, наконец, третья группа (группа "братьев") гиперссылок указывает на страницы, ин- формация которых имеет такой же, как и у данной страницы, смысловой уровень, что соот- ветствует вершинам-братьям в электронной иерархии. Иначе говоря, такая группа содержит перечисление заголовков гипертекстовых статей, содержащих по отношению к просматри- ваемой в настоящий момент странице, аналогичный по смыслу материал или материал на родственную "тематику". Таким образом, чтобы ознакомиться со всеми понятиями - пред- ставителями данного уровня иерархии, обучаемому достаточно последовательно просмот- реть все "страницы-братья", на которые указывают гиперссылки из третьей группы. Группа "братьев" не может оказаться пустой, так как она всегда, как минимум, содержит одну осо- бым образом отмеченную гиперссылку на саму просматриваемую в данный момент страни- цу. Благодаря этому, обучаемый получает дополнительную информацию о том, какое поло- жение занимает просматриваемая им страница в смысловой иерархической системе "роди- тель"-"братья"-"сыновья". Подобное распределение гиперссылок на страницах генерируемого ЭСО позволяет го- ворить о существовании принципа динамического изменения гиперссылок при переходе от одной гипертекстовой страницы к другой. При изменении смыслового уровня (по отно- шению к смысловому порядку, задаваемому исходной иерархией понятий), связанному с пользовательскими переходами между страницами гипертекста, меняется и визуализирован- ная на экране система гиперссылок: в ней по-прежнему выделены три указанных выше груп- пы, но сами гиперссылки или перемещаются между группами, или исчезают с экрана как не имеющие отношения к данному смысловому уровню. Так, например, при переходе по любой из гиперссылок группы "сыновей", гиперссылка из группы "родителя" замещается на гипер- ссылку на только что просмотренную гипертекстовую страницу, гиперссылки группы "братьев" замещаются на множество гиперссылок, которые до перехода высвечивались в группе "сыновей". В свою очередь, группа "сыновей" полностью обновляется в соответствии со структурой соответствующего поддерева иерархии, связанного с вершиной, являющейся образом тезаурусного понятия, смысл которого раскрыт в текущей информационной статье гипертекста. Использование подобного принципа в создании электронных средств обучения позво- ляет учащемуся легко ориентироваться в предлагаемой ему информации: изучая конкретный материал, он может в случае необходимости детализировать его, просмотреть описание ана- 118 логичных понятий или перейти к более объемлющему по смыслу содержательному материа- лу. Очевидно, что подобная методология работы с информацией нацелена на повышение ин- дивидуализации процесса обучения. Кроме того, в распоряжении педагогов и обучаемых появляется алгоритм просмотра всех страниц гипертекстового ЭСО, когда для одной страницы просматриваются все страни- цы-сыновья, затем осуществляется переход к странице-брату. Если просмотр страниц- братьев и соответствующих им поддеревьев заканчивается, осуществляется переход к роди- тельской странице и цикл просмотра повторяется уже для брата родителя. Изучая то или иное понятие за счет чтения соответствующей информационной статьи, обучаемый видит список родственных понятий, объемлющее понятие и понятия, подчиненные по смыслу изу- чаемому понятию. При такой навигации по ЭСО обучаемый не только знакомится со всей гипермедиа-информацией, но и получает полную картину межпонятийных смысловых свя- зей для данной образовательной области. Очевидно, что создание электронных средств обучения с подобными свойствами на ос- нове применения технологии информационного интегрирования никак не привязано к осо- бенностям образовательных областей, содержания и других компонент существующих мето- дических систем обучения. Вне зависимости от видов учебных дисциплин или видов образо- вательной деятельности, характерных учебному заведению, их информатизация становится возможной на базе гипертекстовых средств обучения, реализующих описанный принцип ди- намического изменения гиперссылок. В этом случае пользователи получают в распоряжение единый инвариантный принцип навигации по средствам информатизации, единый принцип отбора и визуализации информации, единые принципы оперирования со средствами инфор- матизации, а также единый принцип использования соответствующих ЭСО в учебном про- цессе. При использовании технологии информационного интегрирования построение и опера- тивное изменение "бумажного" или электронного средства обучения происходит в режиме работы с иерархической моделью структуры его содержания и ее последующей обработкой. Автоматизация процессов создания и корректировки гипертекстовых средств обучения на основе описываемых технологий позволяет заменить привычную работу по написанию тек- стов на специальных языках созданием иерархических структур и соответствующих им ин- формационных гипермедиа-дополнений. Любое последующее изменение содержания ЭСО сводится к явному корректированию его структуры или присоединению к уже существую- щей иерархии необходимых информационных гипермедиа-статей и последующей "пере- сборкой" средства обучения. Заканчивая описание технологии создания электронных средств обучения, основанных на принципах информационного интегрирования, хотелось бы отметить, что подобные под- ходы и технологии могли бы оказаться полезными и при формировании содержания тради- ционных "бумажных" средств обучения. Несмотря на то, что такие средства и не имеют не- посредственного отношения к компьютерным технологиям и процессам информатизации образования, дополнительные подходы, повышающие качество традиционных учебников и пособий вполне могли бы стать побочным результатом использования настоящего Интернет- издания. В ходе предыдущего изложения неоднократно отмечалось, что на основе технологии информационного интегрирования возможно получение разнообразных текстовых докумен- тов, публикуемых обычным образом на бумаге. В числе таких документов обычные учебни- ки, учебные пособия, сборники материалов, задания для практических и лабораторных ра- бот, сборники тестовых и контрольно-проверочных заданий. Безусловно, "бумажная" публи- кация информации, полученной в ходе обработки электронных иерархий, не может передать всех педагогических и технологических преимуществ гипертекста и гипермедиа. Такие пуб- ликации не могут содержать полноценных гиперссылок, предоставлять возможность инте- 119 рактивной работы (например, при ответе на вопросы теста), демонстрировать обучаемым ау- дио и видео материалы, предоставлять возможность моделирования явлений или процессов. Тем не менее, использование информационного интегрирования в построении тради- ционных средств обучения привносит в них много положительных моментов, основными из которых является четкое структурирование информации и однозначное соответствие заранее определенному тезаурусу образовательной области, редуцированному до иерархии понятий, обладающей более высокими педагогическими возможностями. Следует помнить, что некоторые технологические особенности, присущие электрон- ным гипертекстовым средствам обучения, в случае построения "бумажных" документов уда- ется заменить аналогами. В частности, индекс и глоссарий гипертекста трансформируется в структурированное оглавление и алфавитный перечень понятий текстового учебника, спра- вочника или пособия. Гипертекстовые страницы и их информационные статьи находят отра- жение в традиционных главах, разделах, параграфах и пунктах книг. Некоторые гиперссыл- ки, встречаемые в тексте информационных статей электронного гипертекста, зачастую уда- ется заменить ссылками (типа "см. ...") или сносками в обычном тексте. В некоторых случаях имеет смысл публикация на страницах "бумажного" документа различных групп ссылок ("родителей", "сыновей", "братьев") с целью повышения обозримости смысловой структуры при изучении конкретной страницы документа. В этих случаях для публикации понятий- ссылок используется механизм колонтитулов и сносок текстового процессора. Благодаря наличию гипермедиа-информации, представленной в присоединенных фай- лах, педагог обладает возможностью сопровождения создаваемого им обычного текста необ- ходимыми иллюстрациями в виде схем, таблиц, графиков, рисунков и фотографий. 7.3. Проектирование интерфейса электронных средств обучения Рекомендации педагогам по формированию дизайна создаваемых средств обучения. Системный подход к разработке интерфейса Внешний вид электронных учебников, пособий и других средств обучения, их эргоно- мические свойства играют важную роль в повышении эффективности образовательного про- цесса. Анализ большинства существующих электронных средств обучения, создаваемых пе- дагогами, показывает, что наряду с вопросами корректного представления содержательного материала до сих пор остаются не проработанными подходы к разработке дизайна подобных средств информатизации образования. Важно понимать, что разработка дизайна и интерфейса электронных средств обучения является столь же значимой, как и формирование содержательного наполнения таких средств. Проведенные учителями и психологами наблюдения показывают, что эффективность работы компьютерных обучающих программ во многом определяется характером программ- ного интерфейса. Дизайн мультимедиа-ресурсов оказывает самое непосредственное влияние на мотивацию учащихся, скорость восприятия материала, утомляемость и ряд других важ- ных показателей. Поэтому дизайн интерфейса обучающей среды не должен разрабатываться на интуитивном уровне. Требуется научно обоснованный, взвешенный и продуманный сис- темный подход. Внешний интерфейс существующих электронных средств обучения зачастую выстраи- вается хаотично, не подчиняясь какой бы то ни было системе, что приводит к "запутыванию" обучаемого, выработке у него неадекватной логической структуры изучаемой образователь- ной области. 120 В свете изучаемой технологии информационного интегрирования было бы целесооб- разным использовать аналогичный подход и в разработке внешнего интерфейса как тради- ционных, так и электронных средств обучения. В этом случае на той же материальной и про- граммной базе можно было бы выстраивать деревья-иерархии, вершинами которых являлись бы визуальные и навигационные элементы средств обучения. Листьями иерархий в этом случае являлись бы конкретные значения атрибутов этих элементов (цвет, размер, координа- ты месторасположения и пр.). Педагог, создающий средства обучения смог бы выстраивать структуру дизайна в соответствии с психолого-педагогическими особенностями конкретного учебного процесса, требованиями эргономики, особенностями структуры и содержания учебного материала, содержащегося в ЭСО. В распоряжении разработчика оказались бы две иерархии, описывающие с помощью относительно формализованных методов, внешний вид и содержание электронного средства обучения. В этом случае автоматизация разработки сводится к параллельному обходу де- ревьев-иерархий и обработке их элементов. Очевидно, что получаемые таким образом сред- ства обучения, хотя и будут иметь четкую структуру в содержании и дизайне, носят характер заготовок, и должны дорабатываться в ходе творческой деятельности педагога. Рекомендации по формированию интерфейса ЭСО можно разделить на несколько ос- новных групп: § рекомендации по применению системного подхода к формированию дизайна ЭСО; § рекомендации по структуре и содержанию основных учебных элементов; § рекомендации по организации систем поиска, навигации и гиперссылок; § рекомендации по учету физиологических особенностей восприятия школьниками цветов и форм; § рекомендации по использованию элементов оформления. Системный подход является основой системного дизайна - особого вида творческого проектирования, включающего в создаваемый ЭСО все факторы, которые в какой-либо сте- пени влияют на процесс его разработки и создания, условия последующего функционирова- ния в системе общего среднего образования. Логическая обусловленность каждого после- дующего шага в цепочке позволяет с наибольшей вероятностью гарантировать адекватное конкретному объекту решение извечной проблемы дизайна - соотношения утилитарного (эффективность, экономичность, комфорт) и прекрасного (эстетическая выразительность, образность, способность вызывать положительные эмоции и ассоциации). Системный подход к формированию интерфейса дает возможность привлечь, помимо традиционных книговедческих знаний, достижения таких научных направлений, как теория информации, документалистика, информатика, лингвистика текста и др. Это позволяет ис- пользовать целую совокупность категорий - функциональных, структурных, исторических, коммуникативных, компонентных, ценностных, социологических, статистических и т.д. Принцип системности обеспечивает проведение различных видов структурирования информации без потери качества благодаря использованию достижений современной науки о знаках и знаковых системах - семиотики. Согласно семиотическому подходу каждая знако- вая система, каковой является ЭСО, должна исследоваться с учетом выделения синтаксиче- ской, семантической и прагматической подсистем. Экспериментальными исследованиями установлено, что: § сложность понимания увеличивается с ростом основного состава слов, насчитываю- щих более 3 слогов; 121 § объем кратковременной памяти равен 7 ± 2 единицы (несвязных цифр, несвязных сло- гов или слов); § продуктивность осмысленного запоминания в 20 раз выше механического; § пропускная способность зрительного анализатора человека примерно в 100 раз боль- ше, чем слухового; § контекстное окружение основной информации напрямую влияет на скорость и точ- ность ее распознания и восприятия; § конфигурация пространственных стимулов имеет большое значение для репрезента- ции в визуальной кратковременной памяти информации о пространственном распо- ложении, цвете и форме стимулов. При разработке электронного средства обучения необходимо найти оптимальное соче- тание синтаксической, семантической и прагматической подсистем в единой системе компо- нент ЭСО, причем как в целом, так и на всех возможных уровнях его типологической моде- ли. В дизайн-проекте разработчик ЭСО закладывает будущее единство целевой ориента- ции, содержания и формальных качеств объекта. Чем менее логичным, менее функционально обоснованным был разработанный проект, тем больше различий между замыслом и полу- ченным продуктом, тем меньше эффективность системы. Первая фаза системного дизайна играет важную роль. На этом этапе происходит сбор и анализ необходимой информации, что определяет смысловой центр последующей деятельности. Дизайн-концепция обосновывает цели проекта и способы их достижения. Она является как бы фундаментом будущего здания, определяя его функциональные и эстетические воз- можности. Побуждающим моментом дизайн-концепции ЭСО всегда является учащийся. Дизайн-программа выступает в качестве исходной фазы проектирования. Она содержит основные группы операций реализации дизайн-концепции и представляет собой собственно проект или модель данного вида деятельности. Дизайн-сценарий конкретизирует дизайн-программу в пространственно-временной сре- де и представляет собой схему будущего средства обучения, что позволяет "проиграть" все возможные сюжеты его жизнедеятельности. Вопросы для самопроверки 1. Какое место в общей технологии создания электронных средств обучения занимает отбор содержания учебного материала? 2. Перечислите основные этапы отбора понятий образовательной области и выделения связей между ними. 3. Какие принципы могут лежать в основе выделения связей между понятиями образо- вательной области? 4. Что такое "иерархия понятий"? 5. Как построить гипертекст на основе созданной иерархии понятий? 6. Перечислите основные этапы создания гипертекстового электронного средства обу- чения на основе использования понятийной базы содержательной области. 7. Что может являться источником дополнительной информации, иллюстрирующей по- нятия, входящие в иерархию? 122 8. Какие подходы применяются при разработке интерфейса гипертекстовых электрон- ных средств обучения? |