Глобальні комп'ютерні мережі в інформаційній моделі навчання

А. К. Кувакін

Лікар, будівельник і программістка сперечалися про те, чия професія стародавнє. Лікар зауважив: "У Біблії сказано, що Бог створив Єву з ребра Адама. Така операція може бути проведена тільки хірургом, тому я по праву можу стверджувати, що моя професія сама древня в світі ". Тут втрутився будівельник і сказав: "Але ще раніше в Книзі Буття сказано, що Бог створив з хаосу небо і землю. Це був перший і, безсумнівно, найбільш видатний будівництво. Тому, дорогий докторе, ви не праві. Моя професія сама древня в світі ". Программістка при цих словах відкинулася в кріслі і з усмішкою сказала: "А хто ж, по-вашому, не створив хаос? "[6]

В пропонованої автором статті розглядаються глобальні комп'ютерні мережі (Internet) як складна самоорганізована комунікативна система, що володіє раптово з'являються властивостями. Розглядається проблема співіснування "Людини читає" з "Людиною клікаємо (click-клацання) ", проблеми переходу від дисциплінарної до інформаційної моделі навчання і один із способів вирішення даних проблем - використання об'єктно-орієнтованого підходу і його переваг у порівнянні з традиційними методами. Автором виділяється проблемне поле для майбутнього дослідження.

Вступ

Умови існування людства в XXI столітті вимагають переходу до нової стратегії розвитку суспільства на основі знань та високоефективних технологій. Тому формування перспективної системи освіти, що відповідає цієї мети, є однією з найважливіших проблем розвитку світової спільноти.

Одним з принципових положень у стратегії підвищення інтелектуального потенціалу нації є ідея випереджального освіти. Її суть полягає не тільки в тому, щоб забезпечити пріоритетний розвиток системи освіти на тлі інших соціально-економічних факторів, але, головним чином, в тому, щоб своєчасно підготувати людей до майбутнього.

Майбутнє розвиток людства (в умови переходу до інформаційного суспільства) характеризується новими відносинами людей і інформації, яка стає основним стратегічним ресурсом.

Для сучасного інформаційного суспільства характерно:

неухильне зростання швидкості передачі повідомлень;

збільшення обсягів переданої інформації;

прискорення обробки інформації;

все більш повне використання зворотних зв'язків;

наочне відображення інформації, що використовується;

зростання технічної оснащеності [1].

Основним постачальником (а як буде показано нижче, правильніше сказати, "генератором" інформації) є глобальні комп'ютерні мережі -- Internet.

Internet як область вивчення.

Методи вивчення глобальних комп'ютерних мереж

Internet вже сьогодні є областю вивчення його фахівцями з різних областей знань - програмістами, педагогами, психологами і т.д. [1].

Однак багатогранне вивчення даного явища фахівцями різних професій не гарантує створення цілісної картини, загального підходу до розуміння проблем глобальної комп'ютерної мережі. В результаті народжується проблемне поле міждисциплінарного дослідження, вбирає в себе різні підходи, мови опису, моделі і теорії.

Пояснимо дана теза з точки зору "користувача" глобальних мереж. Під користувачем ми будемо розуміти неспеціаліста в галузі мережевих технологій, наприклад, учня, що вивчає елементи інтерфейсу однієї з програм для перегляду гіпертекстової інформації. "Користувач" може запросити інформацію з будь-якого з доступних серверів; виконати маніпуляції з інформацією, інтерпретується його програмою; прослідкувати маршрути своїх запитів; виділити учасників телекомунікаційного обміну (сервер, клієнт). Однак побачити Internet "взагалі" він не може, тому що в цій якості Internet є річчю емпірично неспостережний. Як приклад цієї проблеми можна вказати незалежні від користувача Internet часто виникають зміни проміжних об'єктів для отримання інформації: зміна схеми маршрутизації, зміна простору доменних імен і т.п. Слідство даних змін -- ситуації, які не може передбачити жодна людина в світі, наприклад, збільшення (зменшення) часу виконання запиту, неможливість (можливість) отримання необхідної інформації. Одна з цікавих особливостей сучасних глобальних мереж - можливість саморегулювання своїх механізмів без участі "керівника".

Користувач Завжди використовувати в Internet, знаходиться "завжди" всередині Мережі, тобто Мережа є його середовищем. Уникаючи філософських міркувань про "речі в собі", користувач вирішує конкретні життєві завдання, відмовившись від розуміння Internet "взагалі", тобто бачить Мережа тільки з боку своїх потреб.

Аналогічно можна поглянути на Internet очима фахівця в будь-якій галузі знань. Наприклад, для педагога Internet - це всього лише засіб для організації педагогічного процесу.

Internet - Це складна, самоорганізована комунікативна система, що володіє раптово з'являються властивостями [1].

Для опису даної системи необхідно використовувати нетрадиційні підходи її вивчення. Одним з них стає синергетичний підхід. За останнє десятиліття експансія синергетики охопила не тільки різні галузі науки, а й проникла в сфери людської діяльності, що носять суто прикладний характер.

В умовах сучасного світу, інформаційної революції та комп'ютеризації, успіхів математичного моделювання складних соціоприродних процесів і обчислювального експерименту неправомірно користуватися застарілими методами і моделями.

Синергетика - Це наукова дисципліна, яка розглядає закономірності процесів системної інтеграції і самоорганізації в різних системах [1,4].

Синергетика може дати загальні орієнтири для наукового пошуку, для прогнозування і моделювання процесів у складних системах.

Самое цікавий додаток синергетики для цієї статті реалізується зараз в комплексі наук, які називаються когнітивними. Це теорія розпізнавання образів, навчання, комунікації та самоорганизующихся паралельних обчислень.

З цих позицій виявляється можливим по-новому поглянути на процеси мислення, сприйняття знань, мови, листи - як на процеси, що відбуваються і "всередині" людського мозку і "зовні", в просторі комунікації, синергетичного взаємодії головного мозку - з усіма очевидними і неочевидними опосередкування. Такий контекст найбільш адекватний для подальшого розгляду проблем самоорганізації глобальної комп'ютерної мережі. З цієї точки зору центральною проблемою пізнання Internet є проблема пізнання нових форм діалогу і комунікації.

Таких понять, як інформація, обмін інформацією, зберігання інформації, вже недостатньо для пояснення процесів, що відбуваються в складній системі. У деякому розумінні твердження про те, що Internet служить для "зберігання інформації ", еквівалентно твердженням, що атмосфера служить для "зберігання повітря".

Комп'ютерна мережа принципово відрізняється від книги тим, що вона, швидше, не тільки джерело, одержувач, обробник інформації, хранитель друкованих знаків, а й генератор нових форм комунікативної активності людини. Зауважимо, що поняття "генератор" має на увазі не просто створення форм активності, пропонованих людині, а скоріше їх "диктовку" - отримання їх апріорі [1].

"Людина кликали" як об'єкт дослідження

"Людина читає "в даний час співіснує разом з" Людиною клікаємо ", який вказує за допомогою маніпулятора" миша " графічні та текстові образи на екрані [1].

Зауважимо, що процес переходу на новий рівень, задуманий творцями "інтуїтивного інтерфейсу користувача" як тривіальний, виявляється непростим для колишнього "Людини що читає". Поєднати в єдину комунікативну систему - палець на пристрої миша "Людини клацає "і курсор на дисплеї, наділити цю систему цілепокладанням і змістом - це, в кінцевому рахунку, означає створити інший спосіб фіксації комунікацій. Теза, висунутий на зорі інформатизації освіти А.П. Єршовим, "від комп'ютерної грамотності - до інформаційної культури суспільства, яка має стати важливою частиною його загальної культури ", визначає головну характеристику інформаційної культури - вміння людини використовувати відповідним чином весь набір інформаційних технологій в своїй повсякденній діяльності [1].

Поки передчасно говорити, яка культура прогресивна: чи є новий спосіб діяльності причиною втрати культури слова чи це навпаки - перехід до нових образів. Для автора даної роботи набагато більш важливо підкреслити, що представники даної культури існують.

Глибина цієї проблеми видно хоча б у відмінності, що збільшується, нерозуміння між генерацією школярів і студентів після 1980 року народження та викладачами. Студент, що має в своєму розпорядженні комп'ютер, підключений до Internet, за один вечір роботи в Мережі може отримати спеціальні знання, які б він не отримав і за семестр занять в бібліотеці. У результаті створюється нова схема пізнання і освоєння світу.

Схема "кликання" кардинальним чином відрізняється від схеми читання листа, перегляду телевізора, слухання і читання лекцій. Читання асоціативно пов'язується з безперервністю, гладкістю ведення погляду по листу, умінням "тримати" довгий текст. Навпаки, "кликання" пов'язане з постійними відходами, відгалуженнями і асоціюється з сингулярність в кожній точці, невизначеністю мети, поганий передбачуваністю того, що побачиш після чергового запиту.

В результаті цього процесу "Людина кликали" народжує нові мови, нові знаково-смислові простору спілкування. Читається при цьому не текст, а гіпертекст і контекст. У зв'язку з цим і народжується нове уявлення про форму нової комунікативної складності.

Використання інформаційної моделі навчання

Не принижуючи роль традиційних прийомів, орієнтованих на використання мови в освітньому процесі, слід відзначити появу нових методів навчання. Основна причина - народжуються нові мови та схеми розуміння і засвоєння знань, менш пов'язані з говорінням, словом, звуком, пов'язані з зоровим рядом, чином, формою, кольором [2].

Взагалі виділяють наступні методичні моделі використання інформаційних технологій (ІТ) в навчальному процесі [1,3]:

"модель вивчення "- модель, призначена для вивчення комп'ютера, програмних інтерфейсів. У даному випадку відбувається освоєння інструменту, знаряддя праці. Дана модель має допоміжне значення для реалізації інших моделей;

"модель існування "орієнтована на використання програмних середовищ, реалізують штучні середовища методом моделювання або створення віртуальної реальності;

"модель управління власною інформацією ". Учень накопичує деякі матеріали, що вимагають особливої уваги в сенсі організації зберігання, оновлення тощо;

"модель управління технологічним процесом ". У навчальному процесі може використовуватися при комп'ютеризованому управлінні фізичними або хімічними дослідами;

"модель творчості ". При достатньому оволодінні комп'ютером перед учнем може бути поставлене завдання, що вимагає нетривіального рішення (творчого підходу);

"модель спілкування ". В основному ця модель пов'язана з реалізацією проектів взаємодії між віддаленими учнями (або викладачами);

"модель перегляду "і" модель добування інформації ". Дані моделі пов'язані із самостійним відшукання матеріалів з використанням засобів Internet, електронних енциклопедій тощо;

"модель опосередкованого взаємодії "- безпосереднє спілкування з комп'ютером учасників навчального процесу не потрібно, хоча отримана інформація та визначає, які застосовуються.

Зауважимо: важливість "моделі вивчення" при традиційному підході була настільки велика, що на перших етапах використання ІТ у навчальному процесі по суті заміняла всі інші. Вивчення курсу програмування, курсу використання стандартного набору програмних засобів було єдиною метою викладання інформатики.

В даний час відбувається зміщення орієнтирів від вивчення комп'ютера як такого до вивчення інформаційних технологій. Цікаво, що використання ІТ у всіх моделях, крім "моделі вивчення", застосовне до будь-якого загальноосвітнього предмету.

Проблема пріоритетного викладання інформатики як основи інформатизації суспільства і досягнення нової якості освіти пов'язана зі зміною моделі навчання [1,3]. Спостерігається перехід від дисциплінарної моделі, яка характеризується класичними засобами зберігання інформації (книга і т.п.). Інтерпретатором знання в даній моделі виступає викладач. Навпаки, інформаційна модель характеризується не засобами зберігання інформації, а джерелами інформації (книга, послуги Internet тощо). Інтерпретатором знань виступає не викладач, а той, якого навчають (роль викладача - координатор навчального процесу).        

Дисциплінарна модель навчання         

Інформаційна модель навчання             

Зберігач інформації:   

книга;   

навчальний посібник і т.п.         

Джерело інформації:   

книга;   

навчальний посібник;   

бази даних та експертні   системи;   

сервіси Internet і т.п.             

        

Координатор навчального процесу --   викладач.             

Інтерпретатор знання:   викладач.         

Інтерпретатор знання:   той, кого навчають.     

Це якісно нова інформаційна модель навчання, коли спочатку є почуття, "що розумію", але - зрозуміти не можу (бачу лише верхівку айсберга), однак перетворення вже відбуваються [3].

Зауважимо, що роль викладача в інформаційній моделі ні в якому разі не варто принижувати. Координація навчального процесу - це те, що вимагає підвищеної кваліфікації вчителя, оволодіння сістемоорганізующімі здібностями.

Об'єктно-орієнтований підхід як метод інформаційної моделі навчання

На погляд автора роботи, одним з методів, які застосовуються в інформаційній моделі навчання, може служити так званий об'єктно-орієнтований підхід.

Даний підхід досить широко застосовується при створенні програмних продуктів. Проблеми, які ми намагаємося вирішити за допомогою програмного забезпечення, часто неминуче містять складні елементи, а до відповідних програм пред'являється безліч різних, часом взаємовиключних вимог. Досить важко зрозуміти, навіть в загальних рисах, як працює кожна така система [6].

Основна область використання об'єктно-орієнтованого підходу в навчальному процесі, на думку автора, також пов'язана з вирішенням завдань з нечіткою логікою (у всіх, крім першого (див. вище) методичних моделях використання ІТ у навчальному процесі):

нестаціонарні завдання - відрізняються еволюцією інформації про об'єкт дослідження;

завдання з розпливчатим відображенням деяких залежностей і погано визначеними обмеженнями;

завдання, в яких оцінка рішення проводиться за системою неузгоджених (суперечливих) критеріїв;

завдання з неоднозначно визначеним рішенням;

некоректні завдання [3].

Зауважимо, що характеристики навчальних завдань, що стоять перед користувачем Internet, належать до описаних. У роботі [6] описуються ознаки складної системи, під визначення якої потрапляє і Internet (в [6] посилання на роботу Courtois, P. June 1985. On Time and Space Decomposition of Complex Structures).

Розглянемо застосування об'єктно-орієнтованого підходу при вирішенні типової задачі, що стоїть перед користувачем Internet: пошук інформації з використанням програми для перегляду гіпертекстів. Суть проблеми - знайти URL-адресу (Uniform Resource Locator-уніфікований спосіб вказівки ресурсів), що є інформаційною моделлю ресурсу Internet, і відновити по ньому сам ресурс. Для простоти будемо вважати, що результат пошуку - гіпертекстова сторінка. Дана задача характеризується наступним:

уточнення напрямки пошуку (технології пошуку) і уточнення змісту ресурсу відбувається в процесі виконання пошуку;

результат пошуку погано формалізований, оскільки набір ключових слів (тезаурус), що використовуються при написанні запиту пошукової машини, неоднозначний (можливо використання синонімів, подвійних заперечень і т.п.);

суперечливість критеріїв визначається тим, що повнота отримання списку URL-адрес часто конфліктує з вірогідністю результатів;

неоднозначність рішення очевидна - можливе отримання різних схожих ресурсів;

результат отримання інформації непередбачуваний (неможливість відновлення ресурсу по URL-адреси).

Перераховані характеристики завдання є наслідком того, що Internet - це складна, самоорганізована комунікативна система, що володіє раптово з'являються властивостями. Тому методи, що лежать в основі традиційного підходу (опис єдиної технології організації пошуку), в даному випадку не застосовуються. Скористаємося об'єктно-орієнтованим підходом.

Суть об'єктно-орієнтованого підходу полягає в наступному:

Чітке виділення поняття об'єкта - поняття, абстракції або будь-якої речі з чітко окресленими кордонами, що має сенс у контексті розглянутої прикладної проблеми.

Визначення сукупності схожих об'єктів з однаковим набором властивостей, що називається класом об'єктів.

Виділення особливих характеристик об'єктів класу, які будемо називати атрибутами.

Виділення операцій над об'єктами класу, які будемо називати методами [6].

Перейдемо до об'єктно-орієнтованого опису даної задачі. Користувач маніпулює з класами об'єктів, званих "гіпертекстовими сторінками". Кожен представник даного класу (екземпляр класу) має властивості (атрибути):

URL-адресу;

заголовок ресурсу;

текстове зміст.

Над гіпертекстовими сторінками можливе виконання операцій:

відновлення (конструювання) сторінки в URL-адресу;

закриття сторінки (знищення);

перегляд сторінки;

збереження результату у файлі;

виділення ступеня відповідності завданню.

Основне перевага представлення сторінок як екземплярів класу - однакове маніпулювання з конкретними об'єктами, які, можливо, користувач бачить перший раз в житті. Нечітке визначення конкретного об'єкта, результату пошуку, все одно входить в рамки даного класу.

Одна з особливостей об'єктно-орієнтованого підходу - об'єднання в одному класі і атрибутів об'єкта та операцій з їх обробці. Прийняте назва такого властивості - інкапсуляція.

В процесі організації пошуку користувач стикається з більш складними гіпертекстовими ресурсами, наприклад, результат (теж ресурс), що видається пошуковою машиною, має додаткове властивість - кількість знайдених URL-адрес. Користувач у своїй свідомості створює новий клас об'єктів на базі відомого класу, причому всі ті методи та атрибути, які були у базовому класі, успадковуються класом-нащадком. Дану особливість прийнято називати спадкуванням.

Результат організації пошуку є також гіпертекстової сторінкою, проте виконання методу "виділення ступеня відповідності завданню" для нього виконується інакше. На сторінках, що належать класу "результат пошукової машини ", релевантність визначається повнотою, а для класу" результат пошуку "визначається по відповідності запитом (для класу просто" гіпертекстова сторінка "метод" виділення ступеня відповідності завданню "не визначений, тобто є абстрактним). При однаковій назві методу користувач виконує різні дії. Дану особливість прийнято називати поліморфізмом.

Розглянемо, які переваги дає використання особливостей об'єктно-орієнтованого підходу (інкапсуляції, успадкування та поліморфізму [6]) при вирішенні подібних завдань. Однією зі сторін є результати, отримані при використанні синергетичного підходу - концепції самоорганізації та саморозвитку [1, 4].

Концепція самоорганізації, висунута синергетикою, відрізняється від попередніх, розроблялися раніше в рамках кібернетики та системотехніки, тим, що основну увагу вона звертає на розкриття конкретних механізмів взаємодії компонентів, що приводить до їх впорядкування та освіти стійких структур. Даним механізмом при використанні об'єктно-орієнтованого підходу стає система класів, що виділяються координатором навчального процесу - викладачем і створюються в процесі рішення задачі інтерпретатором - учнем.

Концепція самоорганізації несе нові можливості стратегій і стилістики мислення, що дають нетрадиційні підходи до багатьох проблем. Спочатку об'єкти поводяться абсолютно незалежно і в русі (зміну їх властивостей) не спостерігається ніякої взаємної впорядкованості. Таке первісний стан нерідко характеризують поняттям "хаос" і "безладдя". Потім при деяких критичних значеннях що надходить ззовні інформації виникає взаємодія між об'єктами, і вони починають брати участь в узгодженому, колективному русі. Роль такої інформації грає сістемоорганізующее поняття класу об'єктів. Завдяки цьому безлад змінюється порядком, з хаосу виникає певна стійка структура, тобто встановлюється постійна взаємозв'язок між компонентами, які з колишніх автономних об'єктів перетворюються на елементи деякої впорядкованої системи (перебувають в ієрархічній системі класів об'єктів).

Синергетика на ряді конкретних прикладів показала, що для складних систем існують малі, але дуже ефективні організують і управляючі дії. Зусилля інтерпретатора знань спрямовані на створення і розвиток так званої активної середовища галузі вивчення. Завдяки існуванню в активному середовищі так званих автоволнових процесів відбувається процес саморозвитку.

Як показав досвід кібернетики, для складних систем - будь то сама людина, колектив учнів або Internet - управління за принципом саморегулюючих і саморозвиваються систем (механізмів) - єдиний шлях виживання [1, 4].

Виникає цілком природне запитання: "Чи потрібні ці слова лякають ... в класі, пахне дитинством? Не висушені чи "обнаученное" слово щось живе, що там ще залишилося? Може бути, це ще один захід на створення "бездітної педагогіки "?" [5].

За думку автора роботи, в даному випадку відбувається не ускладнення способу комунікації, якого навчають із середовищем навчання, а спрощення. Відповідно до пропонованого об'єктно-орієнтованого підходу ми бачимо відхід від конкретних способів роботи з кожним досліджуваним об'єктом. Виконання даного завдання практично неможливо при дослідженні складних систем [6]. Оскільки використання ІТ у всіх моделях, крім "моделі вивчення", застосовне до будь-якого загальноосвітнього предмету, то дуже часто при традиційному підході відбувається заміна мови предметної області на мову інтерфейсу прикладної програми. Згідно з об'єктно-орієнтованого підходу, яких навчають, інтерпретують знання про класи об'єктів і створюють на його базі нові класи, застосовуючи знання про вже відомих класах (механізм успадкування) і ускладнюючи спосіб спілкування без зміни мови (поліморфізм). Учень гранично спрощує мову спілкування зі середовищем навчання і як наслідок - на перше місце виходить мову предметної області.

Користувач (навчається) спілкується за допомогою деяких образів - уявлень екземплярів класів. Один з наслідків - в учнів виробляється так зване системне мислення.

Висновок

Сучасна інформатика як напрям дослідження стає системоутворюючим фактором, або метадісціпліной [1]. Чи правомірно стверджувати, що з використанням засобів інформатики можна викладати практично всі навчальні дисципліни і предмети. Інформатика дозволить вирішувати проблеми "що, де, коли", тобто можуть бути отримані відповіді на питання: які є інформаційні ресурси, де вони знаходяться і в якій послідовності, коли до них можливий доступ.

Як відомо, прогрес відбувається не тільки завдяки відкриттю нового, але в не меншою мірою завдяки творчій реорганізації того, що ми вже знаємо. У даному випадку мова йде про те, щоб досягти нової якості освіти за рахунок реорганізації освітнього процесу за допомогою пріоритетного викладання інформатики і системної інтеграції інформаційних технологій в самому освітньому процесі та в управлінні освітою.

Список літератури

Концепція інформатизації сфери освіти Російської Федерації// Проблеми інформатизації вищої школи. 1998. № № 3-4/ДержНДІ системної інтеграції. М., 1998

Богатир Б.Н., Кузубов В.Н. Системна інтеграція інформаційних технологій в науково-освітньої мережі. Доповідь на Міжнародній конференції з ДВ// Проблеми інформатизації вищої школи. 1995. № 3/ДержНДІ системної інтеграції. М. 1995.

Н.А. Калініна, Н.І. Костюкова, А.Е. Кудинов. Приватне вирішення проблем переходу до об'єктно-орієнтованим або проектно-інформаційним моделями навчання// 8-а Міжнародна науково-методична конференція "Нові інформаційні технології в університетську освіту. Інформаційні технології у викладанні природничо-наукових дисциплін "/ (див. http://www.stu.ru/konf2001/index.html )

В. И. Аршинов. Синергетика як феномен постнеоклассіческой науки. М.: Іфраїм, 1999.

В. І. Редюхін. Синергетика - синій птах освіти// Науково-дослідний семінар при Інституті філософії РАН і Московському синергетичному форумі (див. http://www.iph.-ras.ru:8100/ ~ spts/index.htm).

Буч Г. Об'єктно-орієнтований аналіз та проектування з прикладами додатків на С + +, 2-е изд. М.: Бином, СПб: Невский діалект, 1998.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.yspu.yar.ru