Статья: Компьютерно-ориентированная технология построения и корректировки структуры и последовательности изложения учебного материала (на примере дисциплины Эргономика информационных технологий)

10

Компьютерно-ориентированная технология построения и корректировки структуры и последовательности изложения учебного материала (на примере дисциплины «Эргономика информационных технологий»)

Сажко Г.И.

Сажко Г.И. Компьютерно - ориентированная технология построения и корректировки структуры и последовательности изложения учебного материала (на примере дисциплины «эргономика информационных технологий»)

В статье описан метод коррекции структурно-смысловой модели учебного материала, позволяющий быстро перестраивать структуру, содержание и последовательность изложения учебного материала.

Сажко Г.І. Комп'ютерно - орієнтована технологія побудови і коректування структури і послідовності викладання учбового матеріалу (на прикладі дисципліни «ергономіка інформаційних технологій»)

У статті описаний метод корекції структурно-змістовної моделі учбового матеріалу, що дозволяє швидко перебудовувати структуру, зміст і послідовність викладання учбового матеріалу.

G.I. Sashko. Computer is the oriented technology of construction and adjustment of structure and sequence of exposition of educational material (on the example of discipline «ergonomics of information technologies»)

The method of correction of structurally-semantic model of educational material is described in the article, allowing quickly to reconstruct a structure, maintenance and sequence of exposition of educational material.

Постановка проблемы. При подготовке любого учебного курса основной задачей является разработка четкой структуры и последовательности изложения учебного материала. Исследования, которые определяют содержание, структуру и последовательность изложения учебного материала новой учебной дисциплины «Эргономика информационных технологий» должны базироваться на:

основных положениях МОН Украины о порядке разработки составных частях нормативного и учебно - методического обеспечения подготовки специалистов;

концепции инженерно - педагогического образования в Украине [1,2];

концепции эргономического образования в Украине [3,4];

принятом в педагогике понятии структурно - смысловой модели (ССМ) учебного материала.

Разрабатываемый метод должен учитывать:

международный опыт подготовки эргономистов [5] и роль эргономического образования в мире [6];

быструю смену поколений информационных технологий и связанное с этим постоянное усложнение и обновление роли человека в информационных технологиях [7,8];

необходимость разработки компьютерно-ориентированной технологии создания и модернизации программы дисциплины «Эргономика информационных технологий».

Логическая структура предлагаемого метода приведена на рис. 1. Укрупнённо исследование разбивается на два этапа (логических блока):

А - определение содержания учебного материала;

Б - определение структуры и последовательности изложения учебного материала.

Идея решения задачи блока А следующая. Если определить функциональные обязанности выпускников на первичных должностях и актуальные задачи эргономического проектирования и эргономической экспертизы происшествий в системах “человек - техника - среда” (СЧТС), то можно по описанию деятельности специалиста при решении этих задач сформировать требования к эргономическим знаниям и умениям. Эти требования должны войти в стандарт образования «Образовательно-квалификационная характеристика (ОКХ)» и определить ключевые понятия дисциплины «Эргономика информационных технологий». На основе этих понятий формируется соответствующий раздел в стандарт образования «Образовательно-профессиональная программа подготовки специалиста» и рабочая программа дисциплины.

Анализ последних исследований и публикаций. Решение научных задач блока А (рис. 1), связанных с определением содержания учебного материала применительно к дисциплине «Эргономика информационных технологий», изложено в [9, 10]. С позиции темы статьи нас, в первую очередь, интересуют задачи блока Б. При традиционном преподавании различных дисциплин последовательность изложения учебного материала, как правило, устанавливается интуитивно, на основе личного опыта и знаний преподавателя без применения специальных методов. Это может привести, например, к дублированию одного и того же материала в разных темах или к забеганию вперед, что нарушает логическую целостность учебного материала. Кроме того, четкая структура материала, если она была донесена до сведения студентов, помогает им лучше ориентироваться в предмете, придает стройность материалу и облегчает его усвоение. Поэтому многие исследователи ищут «хороший» метод построения структуры учебного материала. Анализ последних публикаций и исследований показал, что мнения многочисленных исследователей этой проблемы можно свести в следующую совокупность требований к «хорошему» методу:

1. Независимость от дисциплины;

2. Приемлемая трудоемкость и достаточно небольшой промежуток времени на построение структуры;

3. Доступность квалифицированному преподавателю;

4. Использование знаний преподавателя или других экспертов о содержании дисциплины;

5. Возможность программной реализации метода.

6. Возможность дальнейшего анализа полученной структуры.

7. Возможность автоматического определения на полученной структуре оптимальной последовательности изложения учебного материала

8. Возможность быстрой и нетрудоёмкой корректировки структуры и последовательности изложения учебного материала

До недавнего времени наиболее разработанными были два метода: построения структуры учебного материала: матричный и метод графов [11]. В таблице 1 представлен сравнительный анализ достоинств и недостатков этих методов. Знаком «+» отмечено соответствие метода требованию.

Как видно из таблицы 1, ни один из рассмотренных методов не удовлетворяет полностью всем выдвинутым требованиям. Поэтому авторы работы [12], развивая оба метода, разработали и реализовали для дисциплины “Информатика и ВТ” метод структурирования учебного материала, который удовлетворяет первым семи перечисленным требованиям.

структурирование учебный материал

Таблица 1

Сравнительный анализ методов структурирования учебного материала

Постановка задачи. В связи с некоторыми обстоятельствами (изменение количества часов на чтение лекций или лабораторных и практических работ; увеличение доли самостоятельной работы под влиянием веяний Болонского процесса, низкий уровень усвоения студентами отдельного учебного материала (учебного элемента); параллельное чтение дисциплин, дающих входную информацию для изучаемой дисциплины, необходимость напомнить студентам математический аппарат), возникает необходимость коррекции учебного материала и последовательности его изложения. В этой связи возникает необходимость разработать технологию коррекции структурно-смысловой модели учебного материала.

Целью статьи является разработка на основе ранее выполненных исследований по построению ССМ технологии корректировки структуры и последовательности изложения учебного материала по критерию усвоения знаний.

Изложение основного материала исследования. Опираясь на положения и алгоритм построения ССМ, приведенные в работе [12], алгоритм построения корректирующей модели можно представить в следующем виде:

1. Выявить учебный элемент, неусвоенный студентами в процессе изучения учебного материала.

2. Выявить причину плохого усвоения учебного элемента (недостаточно входящей информации, нарушена последовательность изложения материала, изначально неверно определены связи между понятиями и т.д.).

3. Проанализировать изначально выделенные ключевые понятия дисциплины, при необходимости удалить некоторые из них или добавить новые.

4. Ликвидировать первоначальную зависимость учебных элементов в матрице и построить новую зависимость учебных элементов.

5. Перестроить матрицу взаимосвязей. Построить корректирующую матрицу взаимосвязей с учетом внесенных изменений

6. Разложить вектор корректирующей матрицы на слои.

7. Построить корректирующий граф в ярусно-параллельной форме.

9. Провести анализ графа и выработать рекомендации по последовательности изложения.

Рассмотрим подробно эту технологию на примере дисциплины «Эргономика информационных технологий».

Самым объемным и сложным для восприятия студентами оказался учебный материал раздела 3 «Надёжность деятельности человека - оператора в ИТ», включающий в себя 49 ключевых понятий. По результатам текущих контролей были выявлены следующие понятия, неусвоенные студентами: психологические и антропометрические характеристики человека-оператора (90), влияние способов предъявления информации на качество операторской деятельности (92), влияние функционального состояния оператора на качество операторской деятельности (94).

Были установлены причины плохого усвоения этих понятий. Информация, формирующая базовые знания для усвоения вышеперечисленных понятий, излагалась в дисциплине «Инженерная психология», которая читается студентам в 1-м семестре. Естественно, к шестому семестру «сработал» элемент забывания. В результате необходимо было ввести дополнительные ключевые понятия: индивидуальные особенности человека (А1), информационно-психологический подход к человеку (А2), анализаторы (А3), перцепция (А4), апперцепция (А5).

С появлением новых понятий были ликвидированы первоначальные зависимости учебных элементов в матрице и построена корректирующая матрица взаимосвязей. Фрагмент матрицы приведен на рис. 2.

Рис.2. Корректирующая матрица взаимосвязей понятий

Используя программные макросы, выполняющие построение графической ССМ и преобразование ее в граф, имеющий ярусно-параллельную форму, был построен корректирующий граф в ярусно-параллельной форме. Фрагмент графа представлен на рис. 3.

Рис.3. Корректирующий граф понятий в ярусно-параллельной форме

Воспользовавшись программным приложением, выполняющим анализ ССМ дисциплины в ярусно-параллельной форме, была построена скорректированная последовательность изложения учебного материала дисциплины «Эргономика информационных технологий» (рис. 4).

Структурирование учебного материала дисциплины в соответствии с предложенными корректирующими действиями не нарушается.

Предлагаемый метод корректировки был успешно апробирован при проведении учебного процесса по дисциплинам «Эргономика информационных технологий» для студентов специальности «Профессиональное обучение. Компьютерные технологии в управлении и обучении».

Рис.4. Скорректированная последовательность изложения дисциплины «Эргономика информационных технологий» (фрагмент)

Дисциплина «Эргономика информационных технологий» читается студентам в 6-м семестре. В 2003-2004 учебном году чтение курса велось в соответствии с разработанной ССМ моделью, имеющей четкую структуру, содержание и последовательность изложения данной дисциплины. Для оценки разработанной ССМ учебного материала дисциплины «Эргономика информационных технологий» проводилось тестирование студентов на предмет усвоения учебных элементов дисциплины. Анализ результатов тестирования проводился с использованием следующих коэффициентов (частных критериев) [13]:

- качества усвоения знаний

Ка=а/р,

где а - число правильно выполненных операций в тестовом задании;

р - общее число операций в тестовом задании;

- автоматизма знаний

Кт=Тэ/Тст,

где Тэ и Тст - соответственно средние затраты времени группой экспертов и студентами на выполнение одного и того же тестового задания;

- стабильности (прочности) знаний

Кс=Сроп/СРип,

где Сроп и СРип - соответственно средний балл знаний студентов по результатам отсроченной и итоговой проверки.

Знания студентов можно считать удовлетворительными при Ка>=0,7; 0,5<=Кт<=1; Кс>=0,7 [14].

Проанализировав полученные результаты, возникла объективная необходимость коррекции ССМ учебного материала дисциплины «Эргономика информационных технологий». В этой связи и была разработана корректирующая ССМ курса.

В 2004-2005 учебном году чтение курса «Эргономика информационных технологий» велось по скорректированной ССМ и снова проводилось тестирование и оценка усвоенных знаний студентов по тем же критериям. В табл. 3 для сравнения приведены полученные результаты тестирования.