Проблемы обучения в гипертекстовой среде

Какими же видятся сегодня общие подходы к решению фундаментальных задач обучения, связанных с необходимостью индивидуального диалогового общения преподавателя и учащегося, учета индивидуальных ошибок и трудностей учащегося, его уровня знаний, предпочтительных способов восприятия и мышления? По-видимому, наряду с решением проблем «сенсорного» интерфейса, которые анализировались в предыдущем разделе, основополагающее значение имеют и проблемы «интеллектуального» интерфейса. Иначе говоря, намного более сложные проблемы, связанные с сопряжением специфики организации мыслительных процессов у человека и возможностей структур логического вывода, заложенных в компьютер.

Одним из наиболее перспективных подходов к решению этих проблем является использование гипертекстовых технологий и сред. Термин «гипертекст» (Hyper Text) ввел в 1963 г. Т. Нельсон для обозначения комбинации текста на естественном языке и возможности компьютера осуществлять переход к различным кускам (порциям) информации. Однако сама идеология гипертекстовой среды, по-видимому, была впервые предложена в работе В. Буша, который в 1945 г. в статье «Как мы, возможно, думаем» (49), анализируя работу человеческого мозга и процессов мышления, предложил при хранении информации в вычислительной машине использовать ассоциативные связи между отдельными документами и их фрагментами. В этой же работе он рассмотрел возможности коллективной работы людей над одним и тем же документом и предложил способ «закладок», т. е. способ сохранения цепей ассоциативных ссылок и соответствующих замечаний отдельных исследователей.

Сегодняшняя гипертекстовая система реализует способ хранения и манипулирования информацией, при котором эта информация хранится в виде сети, связанных между собой узлов. В самом простом варианте узел определяется как некоторое окошко вокруг ключевого слова. Размер окошка может регулироваться, например, путем определения количества строк относительно ключевого слова. При этом, в принципе, каждый пользователь может организовывать свою собственную сеть, основанную на его ассоциациях и интересах.

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

В результате пользователь по мере изучения предмета или документа устанавливает те связи, которые соответствуют его ассоциациям, способу мышления, интересам и уровню знаний, и изучает документ в интересующем его порядке. Хорошим примером использования гипертекстовой идеологии является работа человека с энциклопедическим словарем, когда он по ссылкам одной статьи может переходить к другим. Однако такая свобода имеет и отрицательные стороны, связанные с опасностью потери ориентировки в материале изучения. Дело в том, что гипертекстовый документ можно рассматривать как перестраиваемую пользователем сетевую базу данных, т. е. базу данных, не имеющую стандартной структуры. Поэтому при работе с гипертекстовыми обучающими системами, как правило, возникает сложная проблема навигации. Для решения этой проблемы используют различные средства.

Термин гипертекст (Hypertext) ввел в 1963 г. Т. Нельсон для обозначения комбинации текста на естественном языке и возможности компьютера осуществлять переход к различным кускам информации на основании ссылок

В качестве ссылки могут использоваться не только ключевые слова, но и любые фрагменты текста или графики, такие, как часть рисунка, пиктограмма

Основные свойства гипертекстового документа связаны с существованием системы ссылок между его элементами

Рис. 83. Фрагмент гипертекстового документа. В рамках приведено содержание отдельных кусков текста, ссылочные элементы (иногда называемые кнопками) выделены курсивом. Переходы по ссылкам условно показаны дугами

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

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

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

В результате исследования навигационных маршрутов учащихся, проявляемых ими при обучении в гипертекстовой среде, были выявлены два основных типа стратегий поиска информации. Во-первых, целенаправленный поиск, когда учащийся точно знает цель поиска и мало отвлекается на изучение побочной информации. Во-вторых, сканирование, когда учащийся просматривает большое

Рис. 84. Потенциальные (тонкие линии) и активные (толстые линии) связи некоторого узла информации. Активные связи соответствуют определенному типу атрибутов (например, ключевых слов) данного узла

количество информации, проводя широкое и часто бесцельное ознакомление с содержанием узлов. Последний случай показывает актуальность помощи учащимся в постановке цели, коррекции путей освоения учебного материала, ориентировании в гипертексте.

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

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

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

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

Еще одним важным навигационным средством помощи учащемуся является метод маршрутов. Маршруты представляют собой направленные путешествия по учебному материалу. Учащийся, естественно, может сойти с маршрута в любой его точке и перейти к самостоятельному плаванию. Таким образом, процесс обучения представляется в виде метафоры путешествия, в процессе которого учащийся вызывает пиктограмму «экипаж» с указанием маршрута и пользуется этим экипажем по мере надобности, имея право сойти с него, побродить самостоятельно и вернуться к месту стоянки.

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

Многочисленные педагогические и психологические исследования показали, что гипертекстовые средства являются очень удобной средой для организации учебного материала в соответствии с требованиями теории обучения. Действительно, гипертекстовые средства, во-первых, поддерживают различные и многообразные формы представления учебного материала, предоставляя при этом возможность выбора наиболее адекватных форм для решения конкретных задач. Во-вторых, гипертекстовая среда за счет многочисленных связей между узлами способна поддерживать развитую структуру учебного материала, имеющую разные связи между отдельными темами, параграфами и блоками информации.

Все эти возможности обеспечивают использование в учебном процессе педагогических и психологических закономерностей, в соответствии с которыми усвоение учебного материала тем легче и точнее, чем больше число его связей с другими частями изучаемого предмета. Усвоение отдельных фактов и теорий тем прочнее, чем больше учащийся самостоятельно исследует взаимосвязи этих элементов и использует их при решении различных задач. Таким образом, гипертекстовая среда, с одной стороны, представляется оптимальной для реализации курсов управляемого преподавателем программированного обучения, с другой стороны, она позволяет удобно реализовать идеологию самостоятельной работы учащихся по построению собственных маршрутов изучения предметной области. 288

Глава 5

Концепция развития системы педагогического и психологического обеспечения автоматизированных обучающих систем

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

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

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

2. Наряду с. учетом мотиваций и склонностей учащихся автоматизированные образовательные системы должны обеспечивать активное использование сведений об уровне знаний, типах способностей учащегося к восприятию информации, типах мыслительных способностей и установившихся на момент обучения склонностей и предпочтений учащегося (именно на момент обучения, так как склонности и предпочтения, к счастью, могут в существенной степени формироваться при правильном способе построения обучения). Наукоемкие технологии образования и, в частности, автоматизированные системы индивидуального компьютерного обучения в полной мере подошли к необходимости использования этой информации непосредственно в процессе обучения. Таким образом, изменение «маршрута» объяснения материала должно напрямую определяться результатами психологического тестирования.

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

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

С позиций психологического обеспечения важно отметить тот факт, что гипертекстовая технология дает возможность формирования индивидуальных графов обучения. Такие графы могут создаваться как в результате деятельности преподавателя, так и в результате процессов самообучения учащегося, например, когда он сам формирует последовательность ссылок при прочтении некоторого обучающего материала.

3. Формирование индивидуальный графов обучения в рамках одного куска материала обучения представляет собой принципиальную особенность психологического обеспечения наукоемких технологий обучения. Дело в том, что, анализируя маршрут обучения, который может иметь вид последовательности ссылок, используемых учащимся для выяснения содержания одного определенного понятия, преподаватель получает фактический материал, свидетельствующий о так называемых трудных темах и трудных местах обучения.

Выявление трудностей становится возможным и при анализе индивидуальных графов решения задач. Преподаватель при правильно построенной системе регистрации хода решения получает возможность выявления не только пробелов в декларативных знаниях, т. е. в знаниях, касающихся формулировок основных понятий, положений или теорем, но и пробелов, касающихся процессуальных знаний, т. е. знаний о том, как решать задачи, каким путем выводить одни положения из других. Именно эти вопросы являются часто трудно преодолимыми даже при условии, что учащийся в принципе знает и исходные, и промежуточные факты и формулы.

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

4. Необходимым элемент психологического обеспечения должен стать также процесс «типизации» трудностей обучения и их корреляции с типом мышления и восприятия учащегося. В качестве возможного примера приведем гипотезу о корреляции принципиально разных трудностей обучения с такими характеристиками, как преимущественно образная или логическая память, преимущественно дедуктивный или основанный на запоминании фактов тип мышления.

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

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

Темы и вопросы для семинаров и самопроверки

1.Рассмотрите параметры общей характеристики автоматизированных обучающих систем (АОС). В чем заключаются особенности решения учебных задач при помощи АОС?

2.Что представляют собой автоматизированные рабочие места преподавателя и учащегося (АРМП и АРМУ)?

3.Проанализируйте характеристики современных компьютерных технологий в плане их использования в процессах индивидуального обучения.

4.Каковы принципиальные причины сложности общения субъектов (преподаватель — учащийся) в процессе обучения?

5.В чем, по Вашему мнению, состоят основные недостатки «лекторского» стиля преподавания?

6.Сформулируйте психолого-педагогические требования к пользовательскому интерфейсу, используемому в целях компьютерного обучения.

7.В чем сущность понятий «сенсорный» и «интеллектуальный» пользовательский интерфейс?

8.Насколько может быть улучшено восприятие учебного материала при правильно подобранном способе предоставления информации?

9.Что такое гипертекстовые технологии и среды и каковы особенности их применения в процессах обучения?

10.Сравните основные принципы организации гипертекстовых сред и семантических сетей.

11.Что такое навигация в гипертекстовой обучающей среде? Ее особенности и характерные черты в плане помощи работе преподавателя и учащегося.

12.Что такое экспертные системы, каковы основные принципы их организации? В чем Вы видите пользу применения экспертных систем в области педагогики?

13.Какие методы навигации в гипертекстовой среде Вы знаете? Можете ли Вы предложить способы усовершенствования этих методов?

14.Что такое компьютерная педагогика? Каковы основные черты этого инстру­мента?

15.Как Вы представляете себе основные черты системы психолого-педагогического обеспечения автоматизированных обучающих систем?

16.Что такое программная оболочка для учебных продуктов автоматизированных обучающих систем?

17.Как Вы представляете себе индивидуальные графы решения учебных задач в условиях применения гипертекстовых сред и автоматизированных обучающих систем?

18.Какова роль тестирования знаний, достижений, трудностей, предпочтительных стилей мышления в реализации процесса компьютеризированного обучения?