Научный руководитель:

   доктор педагогических наук, доцент Н.А. Резник.

Официальные оппоненты:

   доктор педагогических наук, доцент Е.В. Огородников;
   кандидат педагогических наук, доцент Н.Е. Федорова.

Ведущая организация:

   научно-исследовательский институт системных исследований РАН, г.Москва.

   Защита диссертации состоится “05” февраля 2004 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д008.008.04 в Институте общего среднего образования РАО по адресу: 119908, г.Москва, Погодинская ул., дом 8, корп. 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общего среднего образования РАО.

    Ученый секретарь
   диссертационного совета

доктор педагогических наук, профессор C.А. Бешенков.

          Актуальность исследования. На рубеже ХХ и XXI веков вычислительная техника проникла во все сферы человеческой деятельности. Персональный компьютер превратился в один из основных инструментов для накопления, обработки и хранения информации, для решения разнообразных производственных задач. Появилась возможность использовать его как дидактическое средство обучения в различных образовательных областях, что привело к разработке целого класса специализированного компьютерного программного обеспечения.

         В преподавании математики компьютерные средства обучения (КСО) используются уже не первое десятилетие. Условно их можно разделить на три группы.
         Наиболее широкое распространение получила группа программ, классифицируемых как репетиторы, решебники и тесты. Главным отличием их является ориентация на самостоятельное повторение учащимися изученного ранее учебного материала (выполнение домашних заданий, подготовка к поступлению в средние специальные и высшие учебные заведения и т.д.).
         Другую группу программ образуют компьютерные модели, позволяющие строить графики различных функций или моделировать, в том числе и трехмерные, геометрические фигуры. Сюда же причисляются учебники, раскрывающие знания по какой-либо одной или нескольким темам математики в теоретическом и практическом аспектах. Эти программы, прежде всего, предназначены для поддержки группового и индивидуального обучения. Отличительной особенностью их является специальное изложение учебной математической теории и организация учебных исследований в какой-либо области математики.
         В отдельную группу выделяются оболочки, полностью направленные на групповое обучение и дающие учителю возможность самому создавать или формировать содержание “уроков", поддерживающих очередной этап обучения, задания для текущего и результирующего контроля, лабораторные модели.
         В большинстве случаев содержание и оформление компьютерных средств обучения математике определяется как традиционными (бумажными) способами изложения учебного материала, так и приемами общепринятого интерфейса, который по сути своей “лежит” между пользователем и собственно программным средством обучения.
         В бумажном учебнике изложение материала диктуется самой методической идей, заложенной в учебник. При перенесении содержания учебных математических текстов на экран монитора ПК авторские замыслы зачастую сглаживаются и теряют свою остроту. Вне поля зрения разработчиков компьютерных средств обучения остается вопрос о специфике экранного представления материала, адекватного математическому содержанию и учитывающего особенности зрительного восприятия информации с экрана монитора ПК. Методическая переработка текста учебников практически отсутствует. В результате организация как служебных функций программы, так и ее учебного содержания оставляет желать лучшего, что во многих случаях не позволяет учителю вписывать фрагменты программ в свои поурочные планы.
         Исследование ориентировано, с одной стороны, на преимущества использования компьютерных средств обучения в процессе преподавания математики, а с другой стороны - на специфику предъявления учебного математического материала на экране монитора ПК.

         Проблема исследования вытекает из противоречия между явной потребностью практики в использовании компьютера как дидактического средства при обучении математике в средней школе, диктуемой современными требованиями общества, и недостаточной методической эффективностью существующих на сегодняшний день обучающих компьютерных программ, которая порождена

• слабой разработанностью теоретических и методических подходов к специальной организации учебной математической информации на экране,
• отсутствием стандартных требований к содержанию и оформлению программного обеспечения, отражающих специфику процесса предъявления учебных математических знаний.

         Отмеченное противоречие было выявлено при теоретическом анализе разнообразных источников: работ, посвященных анализу существующего программного обеспечения учебного назначения (Б.С. Гершунский, Е.И. Машбиц, И.В. Роберт и другие), обсуждению общих проблем представления информации на экране монитора ПК (М.Л. Дертоузос, А. Купер и другие); эмпирических данных об использовании компьютера как дидактического средства обучения, а также в результате анализа готовых наиболее известных КСО.

         Объектом исследования является применение компьютерных средств обучения в преподавании математики.

         Предметом исследования в настоящей работе является особенности визуальной организации информации в компьютерных средствах обучения математике.

         Целью данного исследования является разработка принципов визуальной организации информации в КСО, адекватных содержанию математических текстов, и отвечающих особенностям зрительного восприятия информации с экрана монитора ПК, и определение на основе этих принципов теоретических и методических подходов к формированию интерфейса компьютерных средств обучения по математике.

         Гипотеза исследования заключена в следующем. Методическая эффективность компьютерных средств обучения математике может быть существенно повышена, если интерфейс КСО будет адекватен содержанию учебных математических текстов и будет соответствовать особенностям восприятия информации с экрана ПК.

         В соответствии с целью и рабочей гипотезой были определены следующие задачи исследования:

• выделить (на основе анализа различных интерпретаций) в содержании понятия интерфейс его отдельный компонент (Vi-интерфейс), предназначенный для представления учебных математических знаний на экране монитора ПК, и описать его важнейшие параметры;

• разработать (на основе выявления общих и специфических проблем представления информации на экране монитора персонального компьютера) основные принципы визуальной организации информации в КСО, адекватные содержанию учебных математических текстов и особенностям зрительного восприятия информации с экрана монитора ПК;

• определить теоретические и методические подходы к формированию Vi-интерфейса компьютерных средств обучения математике, отражающие данные принципы;

• доказать на основе анализа существующих обучающих программ и возможных прототипов КСО осуществимость и полезность этих принципов для поддержки подходов к преподаванию математики, которые опираются на преимущества компьютерных средств обучения.

• теории и концепции, связанные: с информатизацией процесса обучения (С.Г. Григорьев, А.П. Ершов, А.А. Кузнецов, В.С. Леднев, И.В. Роберт и другие), с изучением интерфейса “человек - компьютер” (И. Влейминк, Р. Коутс, Т. Мандел, и другие), с программированием и проектированием вычислительных систем (Э. Дейкстра, Е.И. Ломако, В.Б. Маничев, И.П. Норенков и другие);

• исследования, связанные со спецификой передачи учебных знаний и проблемами восприятия учебной знаковой информации (Р. Арнхейм, В.П. Зинченко, А.Р. Лурия, С.А. Шапоринский и другие);

• научные труды, связанные с различными подходами к формированию содержания школьного учебника (И.Д. Зверев, В.В. Краевский, И.Я. Лернер, В.М. Монахов, и другие); к преподаванию математики в основной и старшей школе (М.И. Башмаков, Ю.М. Колягин, Д. Пойя, В.И. Рыжик, А.А. Столяр, Г. Фройденталь и другие); к иллюстрированию учебников математики для основной и старшей школы и визуализации учебной математической теории (Н.Л. Гончарова, Г.Г. Граник, А.А. Кыверялг, Н.А. Резник, А.М. Сохор и другие);

• труды специалистов в области частных методик преподавания предмета и построения учебного текста (А.З. Рахимов; Л.В. Тарасов, Л.М. Фридман, С.Г. Шаповаленко, Б.П. Эрдниев и другие);

• статьи и диссертационные исследования, посвященные современным средствам обучения и проблемам информатизации образования (Е.В. Баранова, А.А. Веряев, О.В. Ильина, В.И. Левин, Е.В. Огородников и другие), особенностям использования компьютера в различных образовательных областях основной и старшей школы (М.А. Бовтенко, Е.В. Лариков, Е.А. Осипова, Е.В. Хмельницкая и другие).

         Научная новизна и теоретическая значимость диссертационного исследования заключается

• в обосновании места и роли визуальной организации учебной математической информации в развитии научного направления, связанного с созданием визуальной среды обучения;

• в разработке принципов построения интерфейса, адекватно отражающего математические тексты и соответствующего особенностям визуального восприятия информации с экрана монитора ПК;

• в обосновании целесообразности специального проектирования Vi-интерфейса при создании компьютерных средств обучения математике в основной и старшей школе.

          Практическая значимость работы состоит в том, что на основе выделенных принципов построена модель интерфейса (мозаичный интерфейс) КСО, адекватного как математическому содержанию программы, так и особенностям представления информации на экране монитора ПК. Она может быть использована при разработке компьютерных средств обучения, для чего в качестве прототипа определена визуальная среда обучения.

         На защиту выносятся следующие положения:

специальная организация Vi-интерфейса компьютерных средств обучения (адекватной как математическому содержанию программ, так и особенностям визуального восприятия информации, представленной на экране монитора ПК), которая определяется как мозаичный интерфейс, основанный на принципах мозаики, масштабирования и технологического аскетизма и предполагает три основополагающих требования к расположению учебной информации в Vi-интерфейсе КСО:

вывод на экран возможного (в разумных пределах) избытка информации для методической поддержки “шагов” раздела или темы курса;

расположение фрагментов “мозаики”, предназначенных для “единовременного охвата” глазом жестко в границах экрана;

соблюдение скупого и строгого использования различных технологических “украшательств” учебного материала во избежание потери его содержания.

         Такая организация позволяет обеспечить оптимальные условия для работы пользователя в работе с обучающими программами.

специальное проектирование (на отдельном этапе) методического прототипа обучающей программы, который будет отражать как выбор учебного материала и методических подходов к его изложению, так и соответствующий им Vi-интерфейс.

         Такое проектирование позволит более точно обеспечить обучающую ориентацию программ, что может привести к повышению методической эффективности компьютерных средств обучения математике.

         Апробация результатов исследования была осуществлена на:

1. 9-я научно-технической конференции МГТУ (Мурманский государственный технический университет, 1998 г.);

2. 10-я научно-технической конференции (МГТУ, 1999 г.);

3. региональная научно-практической конференции “Качество образования: содержание и управление” (Североморск, 2001 г.);

4. научно-методической конференции “Современные проблемы высшего образoвания” (МГТУ, 2001 г.);

5. научно-практической конференции преподавателей и аспирантов МГПИ (Мурманский государственный педагогический институт, 2001 г.);

6. всероссийской научно-технической конференции “Наука и образование - 2002” (МГТУ, 2002 г.);

7. 3-я международной конференции “Компьютерное моделирование - 2002” (Санкт-Петербургский политехнический университет, 2002 г.).

8. всероссийской научно-технической конференции “Наука и образование - 2003” (МГТУ, 2003 г.).

         Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения и приложения.

ГЛАВА I “Представление учебных математических знаний на экране монитора персонального компьютера”

         В первой главе выявлены общие и специфические проблемы представления информации в компьютерной среде и визуализации учебной математической теории, в содержании понятия интерфейс выделен компонент, предназначенный для визуальной организации информации на экране монитора персонального компьютера.

         Компьютерные средства обучения предназначены для передачи, формирования, закрепления и расширения учебных знаний. В этом процессе большую роль играет форма предъявления знаний. При компьютерной реализации возможности представления учебной теории расширяются и могут быть объединены в совокупность приемов, способов, форм (и технической поддержки), которая традиционно называется интерфейсом (или пользовательским интерфейсом) электронного учебника.

         На сегодняшний день пользовательский интерфейс, как правило, создается по “стандарту", которым почти официально признан интерфейс программных продуктов корпорации MICROSOFT. Проведенный анализ того, что именно в интерфейсе ее программ способствует (или препятствует) благополучной работе пользователя позволил установить следующее. Компьютерное программное обеспечение общего назначения, в большинстве своем, оперирует понятиями объектов и операций, взятыми из безмашинных технологий. Но в компьютерной среде содержание понятий и назначение объектов меняется, становится более формализованным, что зачастую осложняет восприятие их основного смысла. В целом специфика интерфейса сегодняшних программ общего назначения такова, что скрывает суть операций, выполняемых программой.

         Первые определения интерфейса, появившиеся в справочной литературе 80-х годов ХХ века, отражали техническое “наполнение” этого термина, причем главным в его назначении считалось обеспечение совместимости всех возможных функциональных элементов вычислительных систем. К 90-м годам прошлого века наметился подход к интерфейсу как к “внешней стороне” автоматизированной вычислительной системы, что привело к выделению отдельного вида интерфейса, называемого пользовательским. При этом для технических элементов вычислительной системы было достаточно четко определено понятие интерфейса, выделены его подвиды и разработана их классификация по различным признакам: функциональному назначению, логической организации, физической реализации и прочее, а для пользовательского интерфейса оказались сформулированы лишь самые общие определения.

         Главным для учителя и ученика в интерфейсе КСО является эффективность и удобство восприятия учебной информации. С этой точки зрения особый интерес представляет следующее описание центрального в данном исследовании понятия - Vi-интерфейса (Visual interface) КСО.
         При этом его техническую и программную поддержку (которые можно было бы обозначить как Te-интерфейс, то есть Technology interface), также как и вопросы построения диалога между человеком и машиной, мы оставляем за рамками данного исследования.

         Интерфейс - эта та сторона программного продукта, которая организует обучение “глазами", пришедшее на смену обучения “руками", то есть является одним из наиболее существенных компонентов компьютерного средства обучения. Данный подход к интерфейсу КСО выдвигает на первый план восприятие глазами информации, представляемой на экране монитора ПК. На этой основе можно предложить следующее определение компонента интерфейсаКСО, специально ориентированного на компьютерные средства обучения и адекватного математическому содержанию программ.

          Vi-интерфейс КСО - это форма (способ) организации информации, считываемой глазом с экрана монитора ПК, которая как основополагающую включает в себя визуализацию учебного математического текста. В таком представлении Vi-интерфейс выступает в роли “организатора” восприятия того, что представляется на экране монитора ПК.

         В классическом обучении первым идет слово, поддерживаемое наглядным представлением основных объектов изучаемой теории. При изложении учебной теории на экране монитора ПК сочетание слова и изображения выходит на первый план: определяющими являются структура содержания, форма этой структуры и ее цветовое оформление. Исследований именно в этом направлении имеется явно недостаточно. Поэтому было бы полезным использовать богатый опыт в создании “невербального ряда” бумажного учебника.

         В начале XX века одни авторы не придавали значения иллюстрации в учебном тексте, другие же полагали связь иллюстраций с текстом совершенной необходимой. В 60-е годы проводились исследования отдельных видов иллюстративного материала. В результате были сделаны некоторые выводы о роли иллюстраций, главным из которых был следующий. “Около 90% всей информации, воспринимаемой человеком, поступает к нему по зрительному каналу восприятия, который имеет наибольшую пропускную способность… Отсюда огромное значение оптимальной иллюстрации учебников” (Кыверялг А.А. К пониманию учащимися иллюстраций учебников естественно-математического цикла /Проблемы школьного учебника. Вып. 6. Вопросы теории учебника. М.: Просвещение, 1978. - С. 185). Учебным текстом как средством коммуникации, занимались специалисты в различных областях знания (М. Бауманн, Г.Н. Владимирская, М. Крсманович, У.В. Пильвре, М.Я Турбовской и другие). Результатом их работы стали достаточно четкие и полные, научно и методически обоснованные рекомендации по построению учебного текста.

         При оснащении “сухого” математического текста различного рода иллюстрациями, компьютерная страница превращается в своеобразную “картинку", что, несомненно, требует учета особенностей зрительного считывания информации с экрана монитора ПК.

          Теории “разумного глаза” были посвящены работы таких известных психологов и ученых, как Р. Арнхейм, У. Боумен, Р.Л. Грегори, Р.М. Грановская, В.П. Зинченко, М.А. Холодная и других. Мышление (с позиций теории “разумного глаза") начинается с восприятия. Под визуальным восприятием элементов Vi-интерфейса КСО здесь подразумевается такая деятельность “разумных глаз” пользователей, которая осуществляется только при начальном выводе на экран изобразительных средств КСО, независимо от их содержания.

         При работе с учебной математической информацией, представленной на экране монитора ПК, под визуальным мышлением понимается индивидуальная работа “разумного глаза” пользователя-ученика, реализующаяся в зависимости не только от содержания отдельных элементов самого Vi-интерфейса КСО, но и визуально обозримых отношений между ними.

         Целесообразность, простота, удобство в осуществлении визуализации учебного материала необходимы для полноценной работы мышления школьника в компьютерной среде обучения. Под термином “визуализация” (точнее, “визуализация учебного текста") в данном исследовании понимаются представление, структурирование и оформление учебной математической теории, которые основаны на различных способах предъявления информации (текст-рисунок-формула) и взаимосвязей между ними, способствующих активной работе мышления школьника при чтении и осмыслении содержания бумажного или электронного учебного пособия по математике.

         В основу визуализации математического текста в КСО может быть положен принцип многоуровневости, обеспеченный последовательным усложнением образа определенного понятия или его свойства. Развитие образа может сопровождаться изменением его структуры, выделением деталей, другими полиграфическими приемами, что позволит разнообразить режим и содержание школьных уроков математики путем выбора модулей, отвечающих конкретным учебным задачам. Правильно и красиво составленный образ, специально организованная формула, интересный или “каверзный” вопрос к ним помогут побудить ученика к их преобразованию в поисках искомого ответа. Постоянно обновляемый навык (предложенный в случае необходимости как подсказка) перевода текста в соответствующие формулу или рисунок позволит формировать у учеников действия, приводящие к тому, что ответ становится видимым.

          В качестве бумажной модели Vi-интерфейса КСО, реализующей такое понимание визуализации учебного математического текста, была выбрана визуальная среда обучения (ВСО), в структурировании и функционировании которой положено применение в одном “построении” всех трех способов предъявления учебной математической информации, провозглашаемые в ней как относительно равноправные, взаимозаменяемые и постоянно действующие. Данная модель опирается на природный механизм получения человеком информации - зрение, что ставит ее в один ряд с компьютерными средствами обучения.

ГЛАВА II “Методическое проектирование Vi-интерфейса компьютерных средств обучения”

         Во второй главе сформулированы и продемонстрированы принципы мозаичного интерфейса, адекватные математическому содержанию обучающих программ; раскрыто содержание этапа методического проектирования Vi-интерфейса КСО и обоснована его целесообразность. Экспериментально проверено влияние выполнения предложенных принципов на простоту и легкость использования компьютерных средств обучения, произведен выбор модели, отражающей данные принципы.

         С позиций представления материала адекватно учебному математическому содержанию и особенностям представления информации на экране монитора ПК рассмотрены различные программы. Учебники Стереометрия и Планиметрия производства ООО “Физикон” включают в себя теоретическую часть, модели и задачи с решениями, разбор задач по шагам, контрольные вопросы и задачи, конструктор для решения задач на построение. Положительным в учебных курсах серии является их единообразный Vi-интерфейс. В Стереометрии и Планиметрии активно используются гиперссылки. Образовательная часть интересна и содержательна, поскольку в ее составлении участвовали специалисты самого высокого уровня. Серия Не для отличников (НИИ ЭАП) содержит материал по алгебре, геометрии и тригонометрии, таким образом охватывая программу средней школы.

         Однако многие КСО содержат в предъявлении учебной математической информации различные погрешности технического и методического характера, которые затрудняют применение программ. Безусловно, большинства ошибок рассмотренных в исследовании программ можно было бы избежать при наличии специализированной среды, предназначенной именно для “существования” компьютерных средств обучения.

         Возможность существования специальных школьных сред подтверждается разработками и развитием таких сред, как КуМир (Инфомир) или КАДИС (ЦНИТ СГАУ), в которых создаются семейства программ для поддержки различных учебных курсов, а также среды "1С образование", на платформе которой создаются все вновь разрабатываемые продукты фирмы 1С для общеобразовательной школы. Также ориентированными на школьные потребности являются среды, предназначенные для различных геометрических построений, к примеру, The Geometer's Sketchpad (Key Curriculum Press), Korpergeometrie-Hilfe (H. Bauer und Cornelsen verlag Berlin).

         При всем при том правила формирования как “служебной”, так и “обучающей” сторон интерфейса (в нашем понимании Vi-интерфейса) КСО “отработаны” еще явно недостаточно.

         Под “служебной” его частью понимается представление тех функций, которые не имеют непосредственного отношения к учебному содержанию программы, но необходимы для ее существования в компьютерной среде.
         К “обучающей” его части отнесено представление учебной математической теории и практических заданий на экране монитора ПК.

          Такое разделение позволяет четче осознать, что в целом применение существующих решений интерфейса программных продуктов общего назначения к специализированному "школьному” программному обеспечению порождает расхождение между методической идеей КСО и ее реальным воплощением. Большую роль в удобстве использования КСО играет то, как обеспечивается их обзор на диске компьютера, какие предлагаются возможности поиска учебных программ и информации в них и т.п.

          Для обеспечения адекватности математическому содержанию и удобства работы с КСО предлагается в основу проектирования КСО положить принципы мозаики и масштабирования. Идеи применения мозаики и масштабирования в интерфейсе компьютерных средств не новы. Существуют различные технологии для реализации таких подходов. Новое, что вводится в употребление этих принципов, содержится в «адресе» их назначения и специфике применения.

          Принцип мозаики заключается в распределении учебного материала по «деталям», которые можно соединять в различные жестко структурированные фрагменты, воспринимаемые как единое, легко распадающееся на отдельные объекты, целое.

         Под масштабированием понимается возможность пропорционального изменения видимой глазу информации для размещения на экране всех необходимых для текущего момента данных.

         Кроме того, в обоих случаях предусматривается введение так называемой «всплывающей подсказки» для получения дополнительных сведений о содержании фрагмента информации (рис. 1, справа), и гиперссылки, благодаря которой можно или «увидеть ближе», или «узнать больше» (рис. 1, слева).

          Согласно идеям мозаики и масштабирования в школьном мозаичном интерфейсе, выделяются три логических уровня стандартов.

          Первым уровнем видится стандарт Vi-интерфейса той среды, в которой будут «жить» различные средства обучения. Он обозначается как Библиотека и включает в себя правила расположения на экране монитора программ-«учебников», установленных на жестком диске компьютера, формы доступа и возможности работы с ними, как с файлами и каталогами.
          К стандарту второго уровня Книга отнесены те общие приемы представления учебной математической информации, которые не зависят от внутреннего содержания предмета. К ним причислены правила, определяющие, как будут раскрываться возможности программы, как и в каких пропорциях будут соотноситься в ней способы предъявления информации.
          Третий уровень - Тема определяет реализацию способов и приемов представления конкретных учебных математических знаний, дробление учебного материала на отдельные «шаги», правила структурирования.

         Мозаика и масштабирование предполагают три основополагающих требования к расположению учебной информации в Vi-интерфейсе КСО:

вывод на экран возможного (в разумных пределах) избытка информации для методической поддержки «шагов» раздела или темы курса;

расположение фрагментов «мозаики», предназначенных для «единовременного охвата» глазом жестко в границах экрана;

соблюдение скупого и строгого использования различных технологических «украшательств» учебного материала во избежание потери его содержания.

         Последнее определяется как принцип технологического аскетизма и вводится для того, чтобы предостеречь создателей различных видов КСО от ошибок излишних возможностей и чрезмерной сложности (Дертоузос М.Л. Создание общедоступного компьютера //Компьютерные инструменты в образовании. - 1999. - № 6. - С. 76-89).

         В качестве примера приведем The Geometer’s Sketchpad (Живая геометрия). Если рассматривать эту программу как универсальную готовальню «интеллектуальных инструментов», то в ней четко проявляется принцип технологического аскетизма - нет ни одной кнопки, не являющейся необходимой для работы программы. Причем свобода использования инструментов находится в рамках того раздела математики, для освоения которого программа рассчитана.

         Существует ряд методических приемов, которые уже теперь можно применять при реализации принципов мозаики и масштабирования.

         Так, при мозаичной визуальной организации информации желательно

• задавать одинаковое оформление для структурных элементов «мозаики» одного типа;

• использовать для объединения в одну комбинацию от 5 до 9 элементов;

• предусмотреть объединяющую рамку для комбинации элементов «мозаики» как единого целого.

         Принцип технологического аскетизма может интерпретироваться так:

• для функций, поддерживаемых школьной средой, удобно реализовать только один способ выполнения;

• применительно к анимации предусматривать движение по позициям, соответствующим той учебной задаче, иллюстрацией к которой является формула, чертеж, фигура, модель;

• при рассмотрении гиперссылки как возможности установления произвольных переходов между элементами учебной информации предполагается, что гиперпереход происходит к «ответу» непосредственно на заданный «вопрос», а не к совокупности ответов на ряд вопросов одной природы.

         Реализация предложенных принципов визуальной организации информации и выполнение вышеизложенных требований создают оптимальные условия для подходов к преподаванию математики, опирающихся на преимущества компьютерных средств обучения тем, что позволяют

• четко определять фрагменты КСО, необходимые для работы учителя и ученика, и их место в ходе урока;

• регулировать степень подробности подачи обучающего и контролирующего материала;

• контролировать шаги движения динамичных моделей.
  

         Проблемы адекватного математическому содержанию представления учебной информации в Vi- интерфейсе компьютерных средств обучения как отдельная область исследований в настоящее время рассматриваются явно недостаточно, хотя на важность их указывают различные работы (А.И. Башмаков, А.В. Соловов). Видимо оттого такими удручающими оказываются результаты автоматических переносов учебных математических текстов в компьютерную среду.

         Именно поэтому полагается желательным (а может быть и обязательным) отдельно сосредоточить внимание разработчиков на визуальной организации служебной и учебной информации на экране монитора ПК, то есть на специальном проектировании школьного Vi-интерфейса, способствующего усвоению различных понятий, операций и теорем математики.

         Этап такого проектирования определяется как методическое проектирование КСО, предназначенное для формирования методического прототипа КСО, который создается в ходе методического программирования всех ступеней его разработки.

         Для создания «удобного и последовательного» школьного интерфейса требуется, чтобы учебные знания, выводимые на экране монитора ПК, имели (при логической взаимосвязи их между собой)

• солидное методическое обоснование,

• строгую структуру, определяющую роль и место каждого фрагмента содержания,

• четкие принципы организации стандартных зрительных образов, используемых для поддержки работы визуального мышления.

         Как пример можно упомянуть программу «Планимир», разработанную для DOS «Инфо­миром» (1995 год). В ней обращает на себя полное соответствие обозначений объектов в описании построения и на чертеже, четкое изложение процедур, удобное размещение текста и чертежа на экране.

         При наличии необходимых параметров методического проекта КСО вопрос о действительной принадлежности программы, заявленной как «обучающая», к отряду компьютерных средств обучения может решаться так:

если нарушается
то есть не соблюдается) хотя бы одно из необходимых условий Vi-интерфейса КСО,
то возможно прекращение
экспертизы иных достоинств этого КСО.

         В таком случае более вероятен достаточно жесткий контроль при установлении заведомой непригодности предлагаемой программы к групповому обучению. Так, непригодность КСО к условиям работы с ними на школьных уроках (или в индивидуальном обучении) может обнаружиться, если восприятие и считывание учебной информации с экрана монитора ПК по тем или иным причинам затруднено.

         Термин методическое программирование по отношению к этапу формирования методического прототипа КСО выбран не случайно. Речь идет не о собственно реализации «электронного учебника» на каком-либо из языков программирования.

         Методическое программирование означает описание работы «электронного учебника» по шагам так, чтобы при программировании осталось только перевести эти шаги на подходящий язык. Предполагается такая детерминированность изложения соответствующих инструкций, чтобы отпадала необходимость в уточнениях о том, в каком порядке раскрывается в этом учебнике теоретический материал, когда и какую помощь может получать ученик в ходе работы с ним и о многом другом.

         Характеристики Vi-интерфейса будущей программы при методическом программировании составляются с точностью, что называется, «до числа», а методический прототип КСО включает в себя как учебное содержание КСО, так и развернутое описание организации учебной информации, способов, форм и правил работы с ней. Реализация предлагаемой концепции Vi-интерфейса КСО должна происходить на этапе методического проектирования.
         Целью же методического программирования является избавление программиста от необходимости принимать какие-либо решения по формам представления учебной информации на экране.
         Такие решения требуют ясного представления о целях и задачах реализуемой методической идеи, глубокого понимания учебного процесса. Предполагать подобный уровень знаний от профессиональных программистов, приглашаемых для участия в создании КСО, означает ставить их в положение, в которое попадают сегодня учителя при попытках применять компьютер в процессе обучения.
         Нам представляется более простым предложить уже готовый проект или прототип, выполненный в соответствии с методической идеей данного КСО и специализированными стандартами Vi-интерфейса. Существование такого прототипа позволит более точно отобрать из уже имеющихся (или создать новый) компьютерный «инструментарий», подходящий для создания конкретного КСО.

         Методический прототип КСО, являющийся результатом этапа методического проектирования КСО, будет отражать как выбор учебного материала и методических подходов к его преподаванию, так и соответствующий им Vi-интерфейс.

         На примере ВСО (визуальная среда обучения) можно убедиться, что при компьютерной реализации авторского текста имеется возможность сохранения методической идеи. ВСО служит подтверждением того, что принципы мозаики и масштабирования осуществимы в практике обучения.

         Vi-интерфейсу КСО принадлежит существенная роль в поддержке обучения «глазами». Следовательно, уже на этапе методического проектирования КСО целесообразно соблюдать хотя бы необходимые правила, ограждающие учителя и учеников от разочарований и потери времени.

         Поэтому в завершение прилагается список таких требований к Vi-интерфейсу компьютерных средств обучения, исходя из предположения, что в качестве стандарта взят мозаичный Vi-интерфейс, содержащий три уровня.

Технологические требования к Vi-интерфейсу КСО:

1. Учитывать возможный различный уровень технической и программной оснащенности компьютеров, на которых будет установлено КСО.

2. Встраивать в программный продукт весь «инструментарий», необходимый для обучения с использованием данной программы.

3. Придерживаться минимально необходимого наполнения панелей служебных функций и их жесткого структурирования.

4. Следить за тем, чтобы технические средства программы полностью соответствовали целям и задачам обучения.

5. Предусмотреть возможность хотя бы частичной свободы в использовании «сценариев» обучающих пакетов.

Психолого-педагогические требования к Vi-интерфейсу КСО:

1. Соблюдать принцип обозримости при выводе на экран монитора ПК соответствующего учебного фрагмента программы.

2. Придерживаться принципов выразительности и профессионализма при формировании образовательного содержания программы.

3. Предусмотреть избыточность и вариативность банка задач, предлагаемых для решения.

         В заключении подводятся общие итоги и приводятся результаты исследования.
         В приложении представлены отдельные несоответствия общепринятого интерфейса особенностям процесса обучения; показаны примеры интерфейсов компьютерных средств обучения; раскрыт инструментарий визуальной среды обучения; приведены отдельные фрагменты истории компьютеризации школы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

         Проведенное исследование позволило достигнуть поставленной цели и подтвердить выдвинутую гипотезу.

         В ходе исследования:

         выделен в содержании понятия интерфейс компьютерных средств обучения компонент (Vi-интерфейс), отвечающий за представление учебных знаний на экране монитора ПК, и описаны его спецификации;

         разработаны основные принципы визуальной организации информации в Vi-интерфейсе КСО, адекватные математическому содержанию и особенностям зрительного восприятия и обозначены три возможных логических уровня стандартов Vi-интерфейса;

         определены теоретические и методические подходы к формированию Vi-интерфейса компьютерных средств обучения математике, отражающие данные принципы;

         доказана на основе анализа существующих обучающих программ и визуальной среды обучения (как прототипа КСО) осуществимость и полезность этих принципов для поддержки подходов к преподаванию математики, опирающихся на преимущества компьютерных средств обучения;

         обоснована целесообразность специального проектирования Vi-интерфейса компьютерных средств обучения математике.

Основное содержание диссертации отражено в 6 публикациях:

 1. Информатизация обучения - уровень и результаты реализации //Актуальные проблемы экономики, политики и права: сб. научных трудов. - Мурманск: МИЭП, 2002. - №5. - С. 14-19.
 2. Начальные представления о комбинаторике: Визуальный конспект-практикум. - СПб.: Изд-во «Информатизация образования», 2003. - 88 с. (Резник Н.А., авторство не разделено).
 3. Начальные представления о матрицах и определителях: Визуальный конспект. - Мурманск: Изд-во МГИ, 2003. - 44 с. (Резник Н.А., Неделько Н.С., авторство не разделено).
 4. Отдельные проблемы интерфейса компьютерных средств обучения. - Мур­манск: МИЭП, 2003. - 36 с. (Резник Н.А., авторство не разделено).
 5. Проблемы интерфейса в обучающих программах (математика) //Межвузовский сборник трудов: по материалам Всероссийской научно-технической конференции «Наука и образование-2003». - Мурманск: МГТУ, 2003. - С. 71-73.
 6. Учебный процесс в школе и вузе: взаимодействие математики и информатики //Актуальные проблемы экономики, политики и права: сб. научных трудов. - Мурманск: МИЭП, 2003. - № 6. - С. 39-42.