Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронное обучение физике (исторические и терминологические аспекты). Монография
.pdf
ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОБУЧЕНИЯ
дование недоступных для непосредственного наблюдения характеристик изучаемых объектов;
• непосредственное наблюдение объекта или процесса вообще невозможно или затруднено и в других подобных ситуациях.
Во всех этих случаях первичную информацию заносят на специальные промежуточные носители. Этот процесс осуществляется с помощью аппаратных средств, преобразующих информационные сообщения одного типа
в сообщения другого типа, – кодирующих устройств.
То есть информация на промежуточных носителях содержится в закодированном виде. Носители информации являются долговечными
и могут использоваться многократно в течение многих лет.
Воспроизведение информации осуществляется путем декодирования, в результате чего она приобретает форму звуковых, световых или
иных сообщений, доступных для восприятия органами чувств
обуча-
ющихся.
Иными словами, технические средства обучения, представляющие
собой совокупность специальных носителей информации и декодирующих устройств, способствуют расширению возможностей обучаемого как приемника информации и педагога как источника информации,
передающейся по каналам прямой связи, и приемника информации,
передающейся по каналам обратной связи.
В восприятии учебной информации участвуют различные органы
чувств (рецепторы) обучаемых: слух, зрение, осязание, обоняние и др.
Наиболее активно в обучении задействованы слуховые и зрительные
анализаторы. Соответствующие способы предъявления информации
называют: слуховой (аудитивный), зрительный (визуальный), звукозрительный (аудиовизуальный). И соответственно все наиболее распространенные ТСО по способу предъявления информации можно разделить на три класса: визуальные, аудитивные и аудиовизуальные
. [12; 35]
Следует отметить, что такие сложные объекты, как ТСО, могут
быть классифицированы и по другим независимым признакам: по выполняемым дидактическим функциям, форме организации обучения,
устройству и принципу действия и т. п. [85] Однако классификации по
назначению и по способу предъявления информации являются наиболее распространенными, так как наиболее глубоко раскрывают сущность технических средств обучения.
Мы подошли к последнему ключевому понятию взятого нами за
основу определения «электронное обучение» – «информационно-телекоммуникационные сети».
21
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
«Информационно-телекоммуникационная сеть – технологическая
система, предназначенная для передачи по линиям связи информации,
доступ к которой осуществляется с использованием средств вычислительной техники» [141, статья 2, п. 1].
Существуют разнообразные технические решения обмена информацией на больших расстояниях: радио, телефон, телевидение,
телетайп, телекс, телефакс, компьютерные коммуникации. Все эти
средства дистанционной передачи информации называют «телекоммуникации» (от греческого “tele” – вдаль, далеко и латинского
“communicatio” – общение).
Разрозненные, несвязанные компьютеры способны повысить эффективность обучения лишь отдельных учащихся и мало влияют на
эффективность учебно-воспитательного процесса в целом. В то же
время использование разрозненных компьютеров в учебно-воспитательном процессе порождает проблемы: как хранить, обрабатывать
и передавать учебную информацию
общего пользования, как сделать
учебную информацию общедоступной и непротиворечивой, как поднять эффективность ее использования в учебно-воспитательном процессе. Выход один – компьютеры, так же как и люди, должны «общаться в совместной работе». Они должны быстро и безошибочно
обмениваться учебной информацией, оперативно реагировать на ее
изменение, уметь совместно использовать общие
информационные
ресурсы. Одним словом, они должны составлять «единый компьютерный коллектив».
В информационно-телекоммуникационной системе могут реализовываться следующие режимы передачи данных: симплексный, дуплексный и полудуплексный.
При симплексном режиме данные передаются только в одном
направлении. При дуплексном данные могут передаваться в оба направления одновременно. При полудуплексном данные могут
пере-
даваться в обоих направлениях, но не одновременно, а попеременно.
Информационно-телекоммуникационные системы разделяются по
способу передачи данных на асинхронные и синхронные. При асинхронной передаче данные передаются как последовательность нулей
и единиц (бит – наименьшей единицей измерения информации в двоичной системе исчисления), обрамленных стартовым (начальным)
и стоповым (конечным) битами, что
обеспечивает формирование
байтов (единиц измерения количества информации равной 8 битам).
Приемники асинхронных информационно-телекоммуникационных
22
ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОБУЧЕНИЯ
систем должны быть способны выделять байты в последовательном
потоке информации. Наибольшее распространение асинхронные системы получили для взаимодействия персональных компьютеров.
Синхронные информационно-коммуникационные системы передают данные большими блоками, обрамленными специальными
управляющими символами, внутри блоков сформированы дополнительные символы, которые несут дополнительную информацию
о данных и обеспечивают функцию обнаружения ошибок.
Синхронная передача более быстрая и почти безошибочная. Но синхронные
системы требуют более дорогостоящего оборудования. Они используются для взаимодействия между компьютерами и интеллектуальными терминалами.
Информационно-телекоммуникационные системы делятся на локальные (географически привязанные к одному месту и имеющие ограниченную протяженность) и удаленные (неограниченные по протяженности).
Информационно-
телекоммуникационные сети различаются своей
топологией – геометрической схемой соединения узлов сети. Узлом
сети может быть любое устройство, способное передавать и принимать информацию. Как правило, это компьютер, снабженный специальным программным обеспечением. В узле сети накапливается,
хранится и рассылается информация по запросам абонентов сети.
Узлы сети связаны между собой и обмениваются информацией
в заранее запрограммированном автоматическом режиме. Существуют
следующие топологии информационно-телекоммуникационных сетей: кольцевая, шинная, звездообразная.
В кольцевой топологии узлы соединены в сеть замкнутой кривой.
Данные в сети передаются последовательно от узла к узлу. Передача
информации по кольцу осуществляется только в одном направлении,
например по часовой стрелке. Передающий узел отправляет
свое сообщение по кольцу принимающему узлу. Каждый промежуточный
узел фильтрует сообщения – распознает и получает данные, адресованные ему, и ретранслирует остальные данные следующему узлу.
При шинной топологии коммуникационный кабель, объединяющий узлы в сеть, образует некую незамкнутую «линию-шину», к которой подсоединены узлы. Коммуникационный кабель такой сети имеет
левый
и правый концы, на которых устанавливаются специальные ограничители, называемые терминаторами. Данные передающего узла
направляются по сети в направлении обоих концов кабеля. Каждый
23
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
узел сети, принимающий информацию, распознает данные, предназначенные для него.
При звездной топологии сети узлы соединены лучами-кабелями
с центральной точкой звезды. В зависимости от конкретных задач,
выполняемых в сети, в центре звезды может располагаться либо специальный центральный узел, либо специальное устройство, которое
синхронизирует работу периферийных узлов сети. Вся информация
передается через центр, который ретранслирует данные к тому узлу,
которому они предназначены.
Каждая из рассмотренных топологий имеет свои достоинства и недостатки. Кольцевая топология является удачной для сетей, покрывающих сравнительно небольшие географические области. Основной
особенностью таких сетей является отсутствие центрального управляющего узла. Это повышает надежность этих сетей по
сравнению с звездообразными сетями. Другая особенность – ретрансляция информации
промежуточными узлами. Ее недостаток в том, что существует вероятность возникновения такой неисправности в промежуточном узле, при
которой он не сможет ретранслировать информацию. Это приводит
к разрыву всей сети. В этом случае неисправный узел сразу выключается из сети, замыкая входящий кабель
с выходящим. Шинная топология обладает достоинством устойчивой работы в случае неисправности
отдельных узлов, а также легкостью изменения конфигурации и наращивания. В то же время сети данного типа страдают малой протяженностью, так как невозможно использование различных типов кабеля.
Звездообразная топология значительно упрощает взаимодействие узлов
сети друг с другом,
позволяя использовать различные типы согласующих устройств и сетевых кабелей (витую пару, коаксиальный кабель,
волоконно-оптический кабель и др.). Однако целостность такой сети зависит от работоспособности центрального узла.
На практике при построении информационно-телекоммуникационной сети значительной географической протяженности применяют
смешанные комбинации различных топологий в зависимости от назначения работы
того или иного участка сети. В результате соединения
нескольких локальных сетей кабелем (или маршрутизатором) получается комбинация сетей, т. е. интерсеть, или, иначе, Интернет.
В основе построения информационно-телекоммуникационных се-
тей лежит принцип саморазвития и самоорганизации систем.
Важнейшей характеристикой информационного потенциала любой
системы, не является исключением и система образования, является
24
ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОБУЧЕНИЯ
уровень развития информационно-телекоммуникационных сетевых
технологий в ней. Эта характеристика определяет сегодня не только
реальные возможности эффективного использования внутренних информационных образовательных ресурсов, но также и степень ее вхождения в мировое информационно-образовательное пространство, т.
е. возможность использования мировых образовательных ресурсов.
Особенностью информационно-телекоммуникационных систем
является тесная связь между вычислительной
и коммуникационной
техникой. Если в начальные периоды своего развития техника связи
и техника переработки информации развивались независимо друг от
друга, то особенностью современного этапа научно-технического прогресса является сращивание их в единую технологию.
Современная цивилизация пронизана электроникой подобно тому,
как организм живого существа пронизан нервными волокнами. Возникла новая
отрасль знаний – телематика. Телематика базируется на
соединении компьютеров и компьютерных сетей с современными
электронными средствами (электронной почтой, телевидением, радио,
телефоном, спутниковой связью и т. п.). Она представляет собой единство техники, технологии и социологии. Она – основа информатизации общества, социальное явление. [45]
Именно связь, передача данных и взаимосвязь компьютерных си-
стем обеспечивают
эффект от средств электронных технологий в об-
учении.
Мы проанализировали все ключевые понятия, использованные
в определении электронного обучения. Следует отметить, что в настоящее время обязательным элементом систем электронного обучения
является электронно-вычислительная техника, т. е. компьютерная техника. Ранее понятие электронного обучения трактовалось более широко
и понималось как обучение
с помощью средств электронной техники
(телевизоров, видеосистем, аудиосистем, лингафонных систем, компьютерных систем, телекоммуникационных систем и т. п.). [118, с. 19]
ГЛАВА 2.
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАНИИ
И В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В ЧАСТНОСТИ
Современная цивилизация вступила в эпоху информатизации – период своего развития, направленный на обеспечение полного использования достоверного, исчерпывающего и своевременного знания во
всех общественно значимых областях человеческой деятельности. [36]
Под влиянием процесса информатизации в настоящее время складывается новая общественная структура – информационное общество.
Информационное общество характеризуется высоким уровнем электронных технологий, развитыми
ми производство электронных ресурсов и возможности доступа к информации, процессами ускоренной автоматизации и роботизации всех
отраслей производства и управления, радикальными изменениями
социальных структур, следствием которых оказывается расширение
информационной деятельности. Не является исключением и сфера образования, физического образования в частности. В связи с этим в настоящее
электронизации – насыщение рынка образовательных услуг электронно-вычислительной техникой. [37]
хотя и тесно связанные. Суть информатизации образования в том, что
обучающему и обучаемому становится доступным гигантский объем
информации в базах данных, базах знаний, в экспертных системах,
электронных архивах, справочниках, энциклопедиях
образования является одним из компонентов информатизации образования. Она связана, в первую очередь, с насыщением образовательного рынка средствами современных электронных технологий и применением этих технологий как для инновационных, так и традиционных,
усовершенствованных форм и методов обучения. Представление об
электронизации образования включает в себя интенсивное использование в
и специализированных учебных ЭВМ [142].
фраструктуры, насыщенной совокупностью средств и методов для
время сфера образования переживает интенсивный период
Электронизация и информатизация образования – разные понятия,
учебном процессе электронных технических средств обучения
Электронизация образования невозможна без формирования ин-
инфраструктурами, обеспечивающи-
. Электронизация
26
ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАНИИ И В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В ЧАСТНОСТИ
созда ния автоматизированных систем сбора, обработки, передачи
и сохранения информации. Основными компонентами такой инфраструктуры являются средства электронно-вычислительной техники,
системное и прикладное программное обеспечение, коммуникационное и сетевое оборудование. [18, 41–45, 99–101, 118]
Первые попытки электронизации образования в нашей стране
относятся к 1962 г., когда академик А. И. Берг организовал проведение работ по программиро
ванному обучению и обучающим
машинам. В том же 1962 г. академик В. М. Глушков на первой конференции по программированному обучению поставил задачу разработки средств для электронизации обучения. [124] В эти же годы
первым начал обучение кибернетике и автоматике в средней школе
В. С. Леднев. [70, 71]
В последующие годы развернулись работы по созданию
автоматизиро ванных обучающих систем первого поколения (на машинах «Днепр – 21», «Минск – 32»), а также автоматизированных обучающих систем второго поколения, базирующихся на специальных
инструментальных средствах – пакетах прикладных программ.
Активизация работ по созданию электронных обучающих систем
в нашей стране приходится на первую половину 80-х гг. прошлого
столетия, когда прикладные и инстру ментальные средства
на базе семейства типовых пакетов прикладных программ АОС – ВУЗ получили
широкое распространение в учебных заведениях страны и за рубежом.
[1–3, 142]
В 1985 г. в нашей стране был взят курс на всеобщую компьютеризацию средней и высшей школы, создавший новую идеологическую и материально-техническую основу для электронизации
образова ния. Тогда это было
политическое решение, которое не вытекало из ис следовательских работ. Большинство в органах управления
образованием, да и сами педагоги считали, что основное – это обучение программирова нию и использование электронно-вычислительной
техники как «орудия труда». Считалось, что для этого необходимо и
достаточно поставить как можно больше компьютеров в школы. Далее
происходила подмена цели, а именно основной целью ста новится
установка компьютеров, независимо от их качества. Исходные позиции и прогноз развития событий были даны академиком А. П. Ершовым. [36]
К 1992 г. из 66,8 тысяч общеобразовательных школ России в 17 ты-
сячах были установлены компьютеры. Один компьютер приходился на
27
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
сто учащихся. [86] Для сравнения, к этому времени в США 98% всех
школ имели компьютеры, один компьютер приходился на 10–30 учеников; в Великобритании один компьютер на 40 учащихся; в Японии
на 66; во Франции на 60. [60]
Особенностью современных электронных технологий является
тесная связь между микрокомпьютерной техникой и коммуникационными сетями. Первые попытки создания компьютерных сетей для
решения задач образования были предприняты за рубежом во второй
половине 70-х гг. двадцатого столетия. [72] А в 80-х гг. нача лись исследования по построению отраслевой электронно-вычислительной сети
для нужд образования как части отраслевой автоматизированной системы управления и в нашей стране. [21] Низкая надежность и высокая стоимость средств электронно-вычис
лительной техники в те годы,
отсутствие адекватных проработок в области архитектуры компьютерных сетей привели к тому, что эти работы не нашли практического
воплощения.
В России к концу 80-х гг., в отличие от зарубежных стран, господствовал принцип создания компьютерных сетей по отраслевому принципу. И лишь в середине 90-х начали
появляться общедоступные коммерческие системы РЕLСОМ, РЕМАРТ, СИТЕК, Сеть Ассоциации
делового сотрудничества «МИР» – это сеть информационных центров
на территории России и стран ближнего зарубежья (стран СНГ).
В середине 80-х гг. (1985 г.) в содружестве с американскими учеными был осуществлен проект программы по разработке оптимальных
способов применения электронно-вычислительных сетей.
С нашей
стороны программу возглавлял академик Е. Велихов, с американской –
доктор Д. Гамбург. Основной целью проекта являлась разработка оптимальной модели международного сотрудничества в области образования с использованием современных электронных технологий. В качестве основной формы опосредованного общения в рамках данного
проекта выступали телеконференции. Участниками телеконференций
являлись исследователи, педагоги, учащиеся
. Наряду с этим широко
использовались и другие формы организации опосредованного общения, в частности персональный обмен сообщениями между отдельными участниками проекта в режиме реального и отсроченного времени.
Гибкое использование различных форм организации опосредованного общения, анализ их эффективности в зависимости от конкретных
условий и решаемых задач позволили участникам проекта
построить
многоуровневую и многоаспектную модель телекоммуникации. [14]
28
ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБРАЗОВАНИИ И В ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В ЧАСТНОСТИ
В начале 90-х гг. российскими учеными было предложено несколько оригинальных проектов телекоммуникаций для образования. В частности, Российским Центром Информатизации Образования (РОСЦИО) совместно с инновационной компанией «Панорама»
разработана концепция информацион ной системы компьютерных
телекоммуникаций «ТВ – ИНФОРМ – ОБРАЗОВАНИЕ». Сеть «ТВ –
Информ – Образование» предназначалась для передачи информации
учебным заведениям, органам управления,
организациям системы
образования России. Научный руководитель проекта – профессор Я.
А. Ваграменко. [23] Другой проект телекоммуникационной сети для
системы образования SCHOOLNET (1992 г.). Сеть распространяла
информацию о нормативно-методической и методической литературе, программных продук тах и обеспечивала возможность информационного общения учителей и уча щихся по интересующим их вопросам. [138]
В феврале 1993 г. в Рязани
по инициативе Минобразования России
состоялась встреча представителей образовательных учреждений
двадцати пяти регионов России, где было принято решение о начале работ по созданию Российской образовательной сети (РОС). [62]
Если в начале 80-х образовательная компьютерная сеть создавалась
прежде всего для решения задач управления образовательными учреждениями, то в середине 90-х произошли изменения,
компьютерная
сеть начинает рассматриваться как средство обеспечения учебного
процесса, подготовки и переподготовки педагогов, оперативной методической работы.
Следует отметить, что в период становления процесса электронизации обучения главный упор был сделан на материально-техническую
сторону вопроса, а также создание средств связи между отдельными
пользователями и между пользователями и базами данных. Второсте
пенными оставались вопросы, касающиеся проблем методического
характера о внедрении средств электронных технологий в обучение.
За рубежом процесс электронизации образования начат примерно
на пять лет раньше, чем в России. Интересен опыт Великобритании.
Если в России говорят об электронизации образования, то в Великобритании используют термин электронные технологии в образовании.
Электронные технологии,
в их понимании, касаются накопления, об-
работки и представления информации электронным образом. [148]
В Великобритании электронные технологии чаще всего используются для преподавания английского, математики, предметов естест-
-
29
А. В. СМИРНОВ, С. А. СМИРНОВ. ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ФИЗИКЕ
веннонаучного цикла, технологии проектирования и домашней экономики. Чем старше ученики, тем чаще они обучаются с использованием электронных технологий, но непосредственно программированием
учащиеся практически не занимаются. Особенность школ Великобритании в том, что в них нет обязательного курса информатики, но зато
есть на уровне государственного стандарта [150] требования к знани-
со стороны применения электронных технологий. Основные требо-
ям
вания сформулированы следующим образом: ученики должны уметь
использовать средства электронных технологий для целей коммуникации и обработки информации; конструирования, развития, эксплуатации и оценки моделей реальной или воображаемой ситуации; измерения и обработки физико-химических величин. Они должны уметь
обосновать использование тех или
иных средств электронных технологий в той или иной ситуации и возможные воздействия электронных
технологий на качество жизни.
Для того чтобы электронные технологии использовались во всех
школьных предметах, введена должность преподавателя-координатора по электронным технологиям между всеми предметами. Он же
консультирует школьников по вопросам применения электронных технологий в обучении
.
В Великобритании хорошо продумана система оказания помощи
учебно-воспитательным учреждениям в использовании электронных
технологий в образовании. В каждом графстве существует штат советников при местных образовательных властях, есть учебно-методический центр. В этих центрах проводится аттестация программных
средств для образовательных целей, а иногда и разработка новых. Выпускаются каталоги
программных средств для образования. В Великобритании хорошо понимают, что именно квалификация педагогов
является ключом к успешному внедрению электронных технологий
в образование, и проводят их соответствующую подготовку в педагогических учебных заведениях. [96, 97]
Охарактеризовав исторические аспекты электронизации образования в целом, перейдем к вопросу об электронизации процесса обучения физике.
Начатый в
80-е гг. ХХ в. в России активный процесс всеобщей
информатизации общества, и информатизации образования в частности, заставил учебно-техническую промышленность перейти на
выпуск учебного оборудования, стыкуемого с электронной техникой.
Понимая, что для реализации новых подходов в обучении физике не-
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]