Как и ОПК, УКО может принимать различные формы, не сам собой напрашивается вопрос: “Почему бы не объединить две системы, чтобы обучаемому стали доступны оба фрактальных уровня?”. Такой подход имеет место, особенно в системе подготовки военных. Но в школе применение компьютеров “первой волны” для нужд образования напоминает применение компьютеров в банках. Автоматический кассир обслуживает отдельные банковские операции. Это работа на уровне ОПК. Компьютеры также используются для конфиденциального учета счетов клиентов и отслеживания денежных потоков, входящих и выходящих из банковской системы. Это уже уровень УКО. Между этими уровнями находятся люди, которые работают с человеческим материалом банковской системы и помогают устанавливать взаимосвязь между общим состоянием счетов отдельных вкладчиков и их индивидуальными потребностями. Они действуют так же, как учителя в системе образования.

Но структура банковского дела совершенствуется. В настоящее время изучается возможность применения искусственного интеллекта для выполнения некоторых расчетных операций. Так же и образование неуклонно движется в сторону “второй волны” Бл. Сендова. Он характеризует этот этап как время “массового присутствия компьютеров в общественной среде”. В недалеком будущем компьютер для обучаемого станет таким же предметом оргтехники, каким в прошлом были ручка, чернила, бумага и учебник. Сендов утверждает, что “в настоящее время основная проблема состоит не в том, как внедрить компьютеры в систему образования, а как выстроить систему образования с учетом присутствия в ней компьютеров”.

Технология почтовой службы претерпевала постепенные изменения, телевизионная технология развивалась скачками, развитие компьютерной технологии отличается высокими темпами и динамизмом. Формы и функции не остаются в состоянии покоя, необходимом для приспособления к ним системы образования. Когда учащиеся в будущем начнут работать на собственном компьютерном оборудовании, это могут быть уже не те компьютеры, интерфейс с которыми был основан на чтении и наборе. Новое поколение ПК совмещает звук и изображение с текстами и графикой, может работать с мультимедийными базами данных на компакт-дисках и подсоединяться к системам телекоммуникации. Недалек тот час, когда мы сможем разговаривать с компьютером.

Как показал пример телевидения, разнообразие средств само по себе не улучшает результат усвоения. Возможно, наиболее важным направлением является разработка проблем искусственного интеллекта для создания экспертных систем, используемых в образовательных целях, а также для интеллектуального обучения с применением компьютеров.

Компьютеры могут взять на себя функции обучения по переписке и образовательного телевидения. Основанием для этого может также послужить их способность интегрироваться в ту среду, которую сейчас называют кибернетическим пространством.

3. Виртуальная реальность

2.1 Созданная компьютером виртуальная реальность

2.2 Внешнее и внутреннее генерирование виртуальной реальности

2.3 Генераторы виртуальной реальности

Слова, письменные или устные, а также изображение (живопись) -- это те средства, с помощью которых могут создаваться виртуальные реальности. Более того, слова являются основным способом создания виртуальных реальностей в традиционной системе образования.

На живописном полотне действует все тот же механизм: отраженный свет переносит отпечатки цветов к глазу, но виртуальная реальность по сравнению со словесным образом наделена более выраженной внешней определенностью. Вы можете войти в виртуальную реальность картины, поставить себя на место действующих лиц и представить, что бы вы делали на их месте, хотя сценический образ уже нарисован за вас. Естественно, ограничения такой программы заключаются в том, что она содержит конкретную привязку ко времени и пространству. Для того чтобы продлить свое пребывание в мире, представленном художественными образами, вам придется снова воспользоваться своим собственным генератором ВР. Всегда существует область наложения и взаимодействия внутренней и внешней виртуальной реальности.

Телевидение использует цвета и звуки для передачи виртуальных реальностей, которые еще более выразительны, поскольку они наделены протяженностью во времени, звуком и копируют действительную реальность с большей степенью достоверности. Здесь не требуется такого масштабного использования индивидуального воображения зрителя. Любой может идентифицировать себя с персонажем на экране, но киногерой не обладает подлинной свободой действий: как и в книгах, здесь все происходит согласно сценарию. Сравните это с динамичной, интерактивной, полномасштабной виртуальной реальностью, которая может генерироваться игрушками, играми и музыкой.

2.4 Эволюция создаваемой компьютером виртуальной реальности

Истоки компьютерной технологии лежат в попытках представить конкретную реальность в виде чисел. Физики используют компьютеры для разработки моделей физического мира. Лингвисты используют их для количественного моделирования процессов, связанных с языком. При проведении содержательного анализа в научных разработках коммуникационных систем применяют компьютеры для сопоставления виртуальных миров средств массовой информации с реальным миром. Компьютер -- это генератор виртуальной реальности, но есть одно отличие.

Самолеты, автомобили и холодильники суть продукты технологии, которые появились в результате человеческой деятельности, но не эволюции. Между современным аэробусом и первыми летательными аппаратами пролегает технологическая пропасть, но они были созданы с одной и той же целью -- осуществление воздушных перевозок, только теперь появилась возможность делать это быстрее, выше, дальше и с большим количеством пассажиров на борту. Летательные аппараты так и не эволюционировали в автобусы или автомобили. А те, в свою очередь, не пошли по пути эволюции, чтобы обрести функции пишущей машинки или холодильника с тем, чтобы далее постепенно превращаться в кухонную плиту.

Компьютеры, напротив, развивались в процессе исторической эволюции, которая очень напоминает биологическую в том смысле, что ее участники обретают новые функции при прочном сохранении старых. ПК имеют цифровую клавиатуру и могут использоваться в качестве калькуляторов, что напоминает об их происхождении от устройств для производства расчетов. Они уже приняли на себя роль печатной машинки и теперь освоили функции телевизора и видеомагнитофона. В процессе такого поглощения новых функций они также впитывали связанные с этими функциями технологии. Компьютер собирает в одном месте все необходимое, предлагая выбор и открывая свободный доступ к разнообразной информации. Текстовые редакторы сейчас имеют в своем составе словари и тезаурусы. Программы проверки орфографии есть не что иное, как адаптация одной из функций словаря, с той лишь разницей, что они выявляют также и ошибки, сделанные самим автором текста, увеличивая, таким образом, словарный запас пользователя. Программный продукт Pagemaker в совокупности с новым поколением печатного оборудования полностью взял на себя функции книгопечатания. В настоящее время технология компакт-дисков позволяет компьютеру осваивать функции библиотеки.

Сейчас ПК осваивают способность преобразовывать изображения и звук, а также распознавать и синтезировать речь. Мы можем разговаривать с компьютерами, подключать к ним видеокамеры и микрофоны, сканировать изображения и переводить их в цифровой формат. После этого можно манипулировать изображением. С развитием компьютерных технологий мы приобретаем невероятно гибкое, многофункциональное средство связи, которое сейчас само начинает совершенствовать свои уникальные коммуникационные функции. ПК можно использовать для письма, живописи и выполнения логических операций. Он также способен осуществлять абсолютно новые коммуникации, такие, как мультимедийная связь и виртуальная реальность.

Одновременно с постоянным усложнением своих коммуникационных функций компьютеры продолжают эволюционировать с точки зрения эргономики. Они уменьшаются в размерах, система их распределения постоянно совершенствуется, они становятся все более доступными. Сейчас размеры ПК настолько уменьшились, что стали сравнимы с форматом книги. Какой будет следующая метаморфоза персонального компьютера? Не возьмет ли он на себя функцию очков? Если такое произойдет, то именно в этот момент он станет носителем виртуальной реальности. Она может даже стать основным режимом умолчания. Представьте себе, что вы включаете режим загрузки компьютера и тут же оказываетесь в виртуальной реальности, где можете вызвать такие функции, как текстовый редактор, редактор изображений, игры или школу. Как окна имели своим прообразом лист бумаги, лежащий на столе, так же и виртуальная реальность по умолчанию -- это производная от помещения, в котором хранятся книги, где вы можете читать или диктовать письмо, отправить факс, посмотреть видео, написать картину, послушать музыку либо принять решение о перемещении в другую обстановку. В настоящее время КВР -- это всего лишь экспериментальная периферийная функция компьютера. Станет ли она его основной функцией, каковыми являются видеодисплей и клавиатура в нынешней его ипостаси, или так и останется необязательным придатком, подобно современным принтерам?

Теоретически миниатюризация может происходить вплоть до молекулярного уровня. Может быть, функции ПК растворятся на фоне окружающей действительности? Вместо всезнающих, всевидящих и все слышащих очков не превратится ли он в интеллектуальную комнату, подобную пещере “Плато”, стены которой могут сами собой трансформироваться и превращаться в библиотеку, в которой можно покопаться, в книгу, которую можно почитать, в мультимедийные экраны, в галерку театра, в учебную аудиторию?

Кино и театр являются погружающими ВР-технологиями. Затемнение зала во время спектакля осуществляется, чтобы максимально исключить присутствие реальной действительности. По-видимому, создаваемая компьютером виртуальная реальность идет именно в этом направлении: свести к минимуму и, в конце концов, окончательно подменить раздражители, относящиеся к физической реальности. Это похоже на то, как если бы предыдущие технологии виртуальной реальности постепенно совмещались, становились все ближе и ближе к аппарату непосредственных чувств человека, в конечном итоге возобладали над ним и полностью подчинили себе его восприятия. В современной создаваемой компьютером ВР наиболее распространенной конфигурацией устройства является так называемый блок головного дисплея (ГД), внутри которого имеются два малоразмерных видеодисплея, расположенных прямо напротив глаз пользователя. Они предназначены для создания стереоскопического изображения и обеспечивают сектор обзора более 60 градусов, поэтому все, что человек видит в них, имеет объем и проецируется под характерным для человека углом зрения. Видимые черты реального мира, таким образом, отсекаются и подменяются образами виртуального мира. Естественно, неуправляемый ГД и низкое качество графики напоминают зрителю, что это искусственно созданная ситуация. В то же время оптическая система становится все проще и легче, и если когда-нибудь она приобретет форму очков, то люди смогут забыть, что их голову венчает сложное технологическое устройство. Развитие телевидения с высокой степенью разрешения, по всей вероятности, отразится на качестве графики и сделает изображение более правдоподобным. Существуют разработки в области сетчаточной визуализации, основанной на применении лазеров для непосредственного раздражения сетчатки глаза и сканирования изображений прямо на зрительные рецепторы нервной системы человека. В этом случае картинка будет получаться более выразительной и четкой, нежели образы реального мира, которые должны, прежде всего, пройти через хрусталик глаза и подвергнуться в нем обработке, которая имеет определенные недостатки.

Что особенно удивительно в КВР, так это способность пользователя находиться внутри виртуальной реальности и при этом смотреть по сторонам. В настоящее время эта функция системы обеспечивается при помощи ГД и системы позиционирования, которую обеспечивает информацией о положении головы пользователя специальный процессор реальности, имеющийся в компьютере. Процессор реальности сопоставляет координаты положения вашей головы с виртуальной реальностью и в соответствии с этим формирует картинку, совпадающую с расположением точки визирования ваших глаз, затем передает ее по кабелю на видеоэкраны внутри ГД. Система кибернетического реагирования на положение головы должна действовать с такой скоростью, чтобы система зрительного восприятия человека не успевала замечать отставания и пользователь воспринимал происходящие изменения как реальную действительность. Восприятие виртуальной реальности в качестве подлинного явления зависит от четкости и достоверности картинки, которые, в свою очередь, определяются объемом памяти и быстродействием компьютера.

Шаг за шагом мы вступаем в альтернативный мир КВР. Сначала мы просовываем в него голову, чтобы видеть и слышать, что там происходит. Потом мы надеваем информационную перчатку и начинаем размахивать ею внутри виртуальной реальности, как символической рукой, которая существует сама по себе и может взаимодействовать с виртуальным окружением. Эта рука может манипулировать виртуальными предметами и позволяет пользователю передвигаться внутри КВР при помощи специальных жестов. Потом мы даем руке почувствовать силу ответной реакции, и перчатка становится осязательной. Вскоре в ВР можно будет оперировать при помощи двух пар осязающих и подвижных рук и ног. Но действительно революционным скачком обещает стать информационный костюм. Тот, кто наденет его, получит возможность перенести свое тело в заманчивые миры КВР.

Представьте себе, что информационный костюм -- это ваша вторая кожа, которая отключает раздражители внешнего мира и подменяет их раздражителями, созданными компьютером. То, что мы осязаем, соответствует теперь генерированным компьютером звукам и изображениям. У Б. Шермана и П. Юдкинса есть описание разработок, проводимых с целью создания такого костюма. В нем используются наполненные сжатым воздухом полости, вибрирующие под воздействием электрического тока кристаллы и наборы штырьков. Оптическое волокно, опутывающее весь информационный костюм наподобие нервных окончаний человека, соединяется в жгут, который связывает информационный костюм с ГД и компьютером. Развивающаяся миниатюризация в области компьютерной обработки данных в сочетании с технологией параллельной обработки означает, что компьютер, создающий виртуальную реальность, станет частью костюма. Э. Дрекслер в своей книге “Двигатели созидания” так описывает космический костюм, появление которого станет возможным в будущем благодаря развитию нанотехнологии:

“При соприкосновении костюма с кожей кажется, что он сделан из чего-то еще более нежного, чем самая мягкая резина. У него гладкая внутренняя поверхность. Он легко надевается, а места соединений наглухо застегиваются прикосновением пальцев. Костюм плотно облегает ваше тело, наподобие тонкой кожи, которая по направлению к плечам постепенно утолщается и в области груди становится равной толщине руки. За плечами подвешен едва заметный ранец. Голову закрывает почти невидимый шлем. Сзади на шее поверхность костюма облегает вашу кожу так равномерно и нежно, что вскоре вы перестаете это ощущать. Вы встаете и начинаете ходить, чтобы привыкнуть к костюму. Вы приподнимаетесь на цыпочках и почти не чувствуете веса костюма. Вы сгибаете и разгибаете конечности, но не ощущаете скованности, ограничения подвижности, давления. Когда вы сжимаете пальцы, то чувствуете, как они соприкасаются друг с другом. Создается ощущение, что на руке нет перчатки, только кисть слегка пополнела.

Все эти и некоторые другие свойства обеспечиваются за счет сложных процессов, происходящих во внутренних покровах костюма, имеющих почти такую же замысловатую организацию, как живая ткань. Материал перчаток толщиной в один миллиметр состоит из множества микронных слоев, созданных с помощью наномеханизмов и наноэлектроники. Участок размером с мелкую монету вмещает в себя миллиард механических нанокомпьютеров, при этом 99,9 % пространства костюма остается свободным для размещения других элементов.

В частности, это пространство используется для размещения активной структуры. Средний слой материала костюма содержит трехмерную ткань из волокна на алмазной основе, выполняющего в основном роль искусственных мышц, способных как сокращаться, так и растягиваться. Это волокно занимает существенную часть пространства костюма и делает его прочным как сталь. Привод от микроскопических электромоторов и управление посредством нанокомпьютеров придают материалу упругость и заставляют изменять форму в зависимости от необходимости. Ранее вы почувствовали, что костюм очень мягкий, -- это потому, что он запрограммирован на мягкое воздействие на вашу кожу. Он снабжен системой, компенсирующей давление, оказываемое массой костюма на ваше тело, и в точности имитирующей все ваши движения, не создавая ощущения запаздывания и какого-либо противодействия. Это одна из причин, по которой вы почти не ощущаете, что на вас надет костюм.

Вам кажется, что вы берете предметы голыми руками, потому что вы ощущаете их фактуру. Это происходит благодаря сенсорам давления, покрывающим костюм снаружи, и активным структурам, выстилающим его изнутри: перчатка фиксирует очертания всего, к чему вы прикасаетесь, и детальный отпечаток прикосновения в виде шаблона давления передается на ваши кожные рецепторы. Этот процесс имеет и обратную направленность: даже самое слабое усилие, возникающее в ваших мускулах, в виде силового шаблона передается на предметы, к которым вы прикасаетесь. Таким образом, создается впечатление, что на вас нет перчаток и вы действуете голыми руками.

Костюм обладает прочностью стали и гибкостью вашего собственного тела. Система управления костюмом предусматривает различные варианты взаимодействия между вами. Например, она может передавать прикладываемые вами или воздействующие на вас усилия с коэффициентом 1:10. В таком костюме вам не страшен поединок с гориллой”.

Идеи, содержащиеся в данной главе, многим педагогам могут показаться крайне странными. Тем не менее, если мы действительно стремимся сократить разрыв между миром науки и техники и учебными аудиториями, то нам нужно принимать во внимание такие радикальные посылки, как применение космического костюма Дрекслера в качестве школьной формы будущего.

Если мы допускаем возможность технологической состоятельности костюма Дрекслера как средства независимого существования человека в космосе, основанного на передаче раздражителей с поверхности костюма, то у нас появляется прекрасное средство для погружения в виртуальную реальность, поскольку описанный костюм почти полностью исключает воздействие раздражителей из внешнего мира и силы гравитации, напоминающих нам о реальной действительности. И хотя костюм Дрекслера предназначен для того, чтобы передавать человеку, находящемуся внутри, информацию о внешнем мире, он легко может послужить в качестве средства передачи информации, поступающей через системы телекоммуникаций из любого места.

2.5 Телеприсутствие в телевиртуальной реальности

КВР может использоваться одновременно двумя и более пользователями, которые в рамках этой технологии имеют возможность общаться друг с другом посредством телекоммуникаций. На развитие КВР оказывают влияние не только успехи компьютерных и нанотехнологий, но и развитие телекоммуникационных систем. Разрабатываются телевизионные системы конференцсвязи с использованием виртуальной реальности. Прототип такой системы дает возможность пользователю, сидящему за столом перед выпуклым экраном и экипированному специальными очками и перчаткой, ощущать себя на виртуальной конференции вместе с другими участниками, с которыми он может разговаривать, обмениваться рукопожатиями и взаимодействовать. Его собеседники не присутствуют физически, так, как это было бы на обычной конференции. Они -- телеприсутствующие. И так же как голос вашего телефонного собеседника есть не что иное, как модифицированная версия его реального голоса, так и телеприсутствие является компьютерным графическим представлением того, как они в действительности говорят, двигаются, жестикулируют. Это все равно, что говорить с движущейся восковой фигурой. “Декорации” телеконференции можно легко поменять, как место в театре. Для этого требуется только сделать жест рукой в перчатке. Предмет обсуждения -- устав предприятия, или новый космический корабль, или модель автомобиля -- помещается в пространстве между участниками таким образом, чтобы до него можно было дотянуться рукой и произвести с ним необходимые манипуляции.

Эффект, производимый виртуальной реальностью и телекоммуникациями, называется телеощущениями и объясняет принципы применения систем телекоммуникации следующим образом:

“Телевизионные системы конференц-связи, вызывающие чувство реальности, -- это системы, предложенные Лабораторией по исследованию передовых телекоммуникационных технологий (ATR). Система передает изображения участников встречи, находящихся на удалении друг от друга, в конференц-зал через быстродействующие телекоммуникационные линии. Впоследствии изображения в виде трехмерной информации выводятся на экран, изменяются в соответствии с углом зрения каждого из участников и позволяют им вступать в зрительный контакт друг с другом и оперировать виртуальными предметами посредством жестов и манипуляций”.

Коллаборативные возможности телеощущения:

“Например, разработчики и заказчик могут встретиться в виртуальном зале заседаний для выработки концепции индивидуального дизайна, выбора цвета и формы будущего автомобиля, которые бы удовлетворяли заказчика. Таким образом, телеощущение ведет к индивидуализации производства”.

В настоящее время для данной цели используются экран, проектор, ГД, перчатка, персональный компьютер, специальное программное обеспечение и видеокамера.

Эта технология не должна быть дорогостоящей, поскольку она предназначена для массового потребления. Она призвана стать основой для разработки многоцелевой домашней системы ВР. Она сможет служить в качестве виртуального заменителя телефона, который позволит людям общаться на уровне телеприсутствий как вдвоем, так и в составе группы в условиях виртуальной реальности, которая может иметь целью общение, развлечение или информирование. В то же время экран может быть использован для чтения с него текста, просмотра видео или для погружения в частную виртуальную реальность. Передача по системам телекоммуникаций координат, определяющих положение головы, движения руки и пальца, а также перемещения, осуществляемые любыми виртуальными объектами, необходимыми для работы системы, разработанной ATR. требует такой ширины диапазона, которая будет возможна только с широкодиапазонными ISDN. Тем не менее, это ничто в сравнении с тем, что потребуется в будущем, когда тот тип телеощущения станет полноразмерным, наполнится подробностями виртуальной реальности, а также информацией о тактильных ощущениях и отношениях с виртуальными предметами общего назначения, которые имеют вес, фактуру и издают звуки. Ранец в будущем информационном костюме станет местом размещения телекоммуникационного приемопередатчика, который обеспечит людям возможность общения друг с другом в условиях КВР, независимо от их местонахождения. С течением времени можно ожидать, что четкость изображения и скоординированность движений объектов будут обладать такой степенью достоверности, что виртуальная встреча сможет соперничать по этим параметрам со встречей в реальном мире. Она может стать даже более контрастной и впечатляющей.

Встреча в действительной реальности:

Рукопожатие в процессе непосредственного общения.

Встреча в современной КВР:

Информационные перчатки передают периферические раздражители в компьютер. Он формирует изображение, на котором положения рук скоординированы таким образом, что кажется, будто они вступают в контакт. Это изображение передается на ГД обоих пользователей и оттуда -- на рецепторы глаз. Мозг воспринимает рукопожатие как непосредственный контакт.

Встреча в будущей телевизионной КВР:

Периферические раздражители передаются посредством спутниковой связи. Благодаря информационным костюмам, способным имитировать передачу усилия, пользователи не только видят рукопожатие, но и чувствуют его, что создает ощущение непосредственного контакта.

4. Виды телекоммуникаций в образовании

4.1 Синхронная дальняя конференц-связь

Синхронная дальняя конференц-связь, или телеконференция, в настоящее время существует в трех формах: конференц-связь по телефонному каналу, аудиографическая конференц-связь и телевизионная конференц-связь. Любая форма телеконференции представляет собой попытку использования системы телекоммуникаций для воспроизведения определенных видов синхронного общения, происходящего в учебной аудитории. Таким образом, в идеальном варианте, даже если участники телеконференции будут находиться в разных местах, они получат возможность:

· слышать и говорить друг с другом:

· видеть человека, с которым разговаривают;

· видеть то, что написано на доске, а также писать и рисовать на ней так, чтобы все остальные могли это рассмотреть;

· видеть любые используемые аудиовизуальные материалы, такие, как видеосюжеты, слайды или мультимедийные демонстрации;

· манипулировать и взаимодействовать с любым объектом, механизмом или оборудованием, имеющим отношение к процессу обучения;

· получить копию или запись того, что изучалось в течение урока.

Все перечисленные выше функции осуществляются на базе традиционного класса при условии присутствия в нем обучаемого в установленное время. Заметьте, однако, что здесь существуют некоторые ограничения: в классе можно изучать ветки, но не целые деревья. Несмотря на то, что в лекционных аудиториях стали использоваться аудиозапись и переносные компьютеры, всё же еще очень редко учащиеся фиксируют то, что изучается в классе, в форме, отличной от рукописных заметок. Исходя из этих ограничений, можно определить пути улучшения аудиторной работы за счет внедрения телеконференции. Тем не менее, несмотря на то, что современные технические средства связи способны решить транспортную проблему, они всё же не могут обеспечить наличие полного набора средств коммуникации в учебной аудитории. Более того, приобретение каждого нового элемента для осуществления телеконференции будет означать дополнительные затраты на обучение.

4.2 Конференц-связь по телефонному каналу

Наиболее простым способом использования средств телекоммуникации на пути к виртуальному классу является организация урока на основе конференц-связи по телефонному каналу, или аудиоконференция. Идея состоит в том, чтобы преподаватели и ученики, находящиеся в двух и более разных местах, могли говорить и слышать друг друга.

Изначальное предназначение телефонных систем -- осуществление связи между двумя телефонными аппаратами, обеспечивающей общение двух людей. Необходимость коммутации большего числа абонентов требует уже создания телефонного моста. Конференц-вызовы, осуществляемые на несколько аппаратов одновременно, являются стандартной услугой телефонной сети. Для их обеспечения в местах организации конференц-связи устанавливают дорогостоящие телефонные мосты, способные связать между собой пять или шесть абонентов. Эти мосты, в свою очередь, могут соединяться друг с другом, создавая управляемую пользователем и теоретически безграничную мозаику взаимосвязей.

Участники аудиоконференции пересылают по почте в свои центры те графические материалы, которые будут использоваться в ходе занятий. Таким образом, в качестве иллюстрации к какому-либо выступлению можно демонстрировать слайды или пользоваться проектором.

Пересылаемые по почте материалы могут также содержать упражнения и задания для домашней работы. Системы аудиоконференции иногда интегрируются с системами обучения по переписке, что является логическим объединением синхронного и асинхронного режимов обучения. Другим шагом интеграционного развития является объединение аудиоконференции и образовательного телевидения. За узконаправленной трансляцией программы образовательного телевидения через спутник следует аудиоконференция. Такая практика приобрела популярность в Соединенных Штатах в рамках бизнес-тренинга. Это иногда еще называют бизнес-телевидением.

Аудиоконференции являются как бы прототипом виртуального класса, в котором объект, непосредственный контакт с которым невозможен, обозначает свое присутствие исключительно посредством устного общения. Но, несмотря на то что эти системы, будучи разработанными в определенный момент времени, до сих пор функционируют и являются экономичными, обучаемые всё же стремятся к визуальному контакту.

4.3 Видеоконференция

Оправдывая свое название, этот вид конференц-связи использует видеокамеры и мониторы, установленные в каждом центре, с тем, чтобы дать учащимся возможность не только слышать, но и видеть друг друга. Обеспечивается также просмотр любых иллюстрирующих тему обсуждения материалов. Проблема состоит в том, что передача видеоизображения требует использования достаточно широкого диапазона сигнала, а обладающие такой способностью магистральные каналы не всегда имеются в наличии. Конференц-связь по телевизионному каналу, или видеоконференция, всегда была дорогостоящей системой. Телевизионная конференц-связь в большинстве случаев применяется, когда людям нужно видеть тех, с кем они общаются. В случаях, когда видеоконференция используется в целях обучения, в основном показывают учащихся и их преподавателей в процессе общения, а не материалы, иллюстрирующие то, о чем идет речь. Поскольку качество изображения низкое, то картинка нуждается в постоянных устных разъяснениях. В режиме взаимного обсуждения на телеконференции особый интерес представляет возможность наблюдения за реакцией тех, к кому обращены ваши слова. Мы уже говорили о необходимости четко продуманного составления видеоматериала и о том, что одновременное использование видео- и аудиорежимов ведет к перегрузке центров восприятия и к неспособности критически истолковывать получаемую информацию (за исключением тех случаев, когда эти режимы дополняют друг друга). Изображение говорящего человека может отвлечь слушателя от восприятия познавательного содержания его речи, поступающей по аудиоканалу. В обосновании эффективности использования видеоконференции в процессе обучения важное место занимает представление, как это было в случае с образовательным телевидением, что объяснение, подкрепленное движущейся картинкой, неважно, какого качества, все равно лучше, чем без нее.

Целью видеоконференции является представление изображения ее участников, но чем больше людей одновременно показано на экране, тем хуже видно каждого конкретного человека. Оптимальный вариант использования системы -- это показ одного участника крупным планом, как если бы система использовалась в качестве видеотелефона. Для автоматического нацеливания на говорящего применяются камеры, активируемые звуком голоса. В некоторых системах используют камеры., обладающие функцией предварительного выбора положения что позволяет руководителю конференции быстро ее перенацеливать.

Однако и видеоконференция имеет присущие только ей проблемы. Для работы камер нужно хорошее освещение, а использование проектора, наоборот, требует затемнения. Участники конференции не готовятся специально для выступлений по телевидению. При ведении дискуссии их взгляд направлен на изображение того человека, к кому они обращаются, а не в объектив видеокамеры. В результате на экране выступающий выглядит смотрящим в сторону, соответственно, его телеприсутствие не имеет зрительного контакта с тем, к кому он обращается, вследствие чего его речь становится менее убедительной. Несмотря на то, что большинство систем видеоконференции оснащено дополнительной видеокамерой для демонстрации графического и другого вспомогательного материала, она чаще всего используется для показа текста. В редких случаях на видеоконференции демонстрируются движущиеся объекты в качестве учебного материала: здесь наиболее очевидной становится необходимость участия в съемках специально подготовленного оператора. Центры видеоконференции обычно не имеют в своем штате сотрудников с профессиональными навыками производства видеофильмов. Видеоконференция находится на таком же уровне развития, как телевидение 50 лет назад. Это тоже прототип виртуального класса, в котором телеприсутствие облечено в визуальную форму, но его пока плохо видно.

Решение проблем видеоконференции может содержаться в разработке настольного видео. Имеется в виду, что настольный компьютер наделен функциями системы видеоконференции. Любой человек может включиться в работу видеоконференции из своего дома или офиса и при этом получить возможность слышать, видеть и писать другим участникам этого процесса. Также можно послать или продемонстрировать файлы, содержащие заранее подготовленную мультимедийную информацию. При этом синхронный и асинхронный режимы смешиваются почти так же легко, как в традиционной учебной аудитории. Включение в эту систему телеприсутствия может стать таким же обыденным делом, как звонок по телефону. Такая технология еще более приближает перспективу создания виртуального класса, поскольку она дает возможность небольшим группам и отдельным людям вступать в контакт друг с другом в форме телеприсутствия.

4.5 Аудиографическая конференция

В центрах аудиографической конференции используются две телефонные линии: одна -- для передачи звука, вторая -- для графики, или, точнее, для передачи данных с одного компьютера на другой. Данные появляются на их экранах в виде текста или графики. Другими словами, аудиографическая конференция -- это аудиоконференция, дополненная компьютерной связью, обеспечивающей наличие виртуальной классной доски.

Каждый аудиографический центр не только оснащен средствами, позволяющими вести переговоры с любым другим центром, но также имеет видеомонитор, подключенный к персональному компьютеру, служащий как бы общей доской в том смысле, что каждый центр может выводить на него свою информацию и видеть то, что на него вывели другие. Представлять можно текстовые сообщения с графическими приложениями, а также схемы и рисунки. Электронная ручка позволяет писать непосредственно на экране видеодисплея. При использовании оптического сканера появляется возможность представления при помощи компьютера и имеющихся печатных документов. Можно также использовать видеокамеру для записи отдельных видеокадров, которые впоследствии могут демонстрироваться в качестве неподвижных изображений.

Включение в состав оборудования центра CD-ROM позволяет в ходе конференции ее участникам обращаться к поистине энциклопедическим объемам информации.

В аудиографических центрах, где занимаются 10 и более человек, требуется установка больших видеомониторов. В тех центрах, где количество обучаемых превышает 20 человек, также устанавливают электронные доски, на которые проецируется изображение с экрана видеомонитора. Причем, надавливая на доску, можно писать на ней, подобно тому, как это делается с помощью электронной ручки на экране видеодисплея. Несмотря на то, что эти системы отягощены наличием определенного количества сопутствующих малоразмерных элементов, они зарекомендовали себя как удивительно эффективные и перспективные средства коммуникации.

Там, где видеоконференции апеллируют к эффективным аспектам телеобучения, аудиографические конференции уделяют основное внимание познавательной стороне вопроса. Это обеспечивает такие присущие виртуальному классу свойства, как возможность вести переговоры друг с другом, а также совместно пользоваться классной доской. Но все-таки между телеприсутствующими нет прямого визуального контакта.

4.6 Асинхронные телеуслуги для телеобучения

Факсимильная связь является дополнением системы ОТВ, используемым не только для обучения как такового, но и для управления им. Факс -- это очень удобный способ постраничной рассылки текстов, расписаний, брошюр, заданий, лекций и других печатных материалов. Тем не менее, передача по факсу больших объемов текста вызывает определенные трудности, а в случаях, когда необходимо связаться с зарубежными абонентами, это превращается еще и в очень дорогое удовольствие.

До тех пор пока с помощью факса нельзя будет быстро и недорого отправлять обширные текстовые материалы, лучшим способом для осуществления этой операции останутся почта и курьерская служба. Сюда же можно отнести и электронную почту, являющуюся наиболее мощным средством телеобучения в середине 90-х гг.

Для доступа к сети, обслуживающей электронную почту, Пользователю необходим компьютер с факс-модемом. Это устройство обеспечивает соединение вашего ПК с системой телефонной связи. Как системы телефонии работают на принципе Превращения звуковых волн в электронные сигналы, так и модем преобразует электронные сигналы, поступающие из компьютера таким образом, чтобы они могли передаваться по линиям телефонной сети. Компьютеры могут, как бы разговаривать друг с другом по телефону. Для работы с такой системой пользователю понадобится пароль и некоторое программное обеспечение. Каждый, обладающий этими средствами, может войти в систему и использовать ее. В процессе работы с электронной почтой пользователь выполняет такие операции, как отправление своего сообщения, считывание сообщения, отправленного в его адрес, распечатка сообщения или запись его в файл, ответ на сообщение или отправка его кому-либо еще по цепочке. Если все участники системы телеобучения обладают компьютерами и имеют доступ к услугам электронной почты, то они могут использовать ее для передачи информации классу в целом, отдельным ученикам или группам учеников, для рассылки контрольных упражнений, экзаменационных вопросов и заданий. Учащиеся могут выполнять работу на компьютере с использованием текстового редактора, отправлять преподавателю для проверки и получать обратно проверенный материал.

Может быть задействована система “электронная доска объявлений” (ЭДО), которая обеспечит временное размещение информации таким образом, чтобы все заинтересованные пользователи смогли ознакомиться с ней или написать свои сообщения. Компьютерная конференция -- это разновидность ЭДО, которая ограничивает взаимное общение людей рамками определенного круга интересов. И следовательно, она может служить средством асинхронного общения внутри класса по какому-либо предмету. А. Ромижовски с 1989 г. вел выпускные курсы в этой системе, позволившей установить взаимосвязь между обучаемыми из различных частей света. На основании накопленного опыта Ромижовски утверждает, что задание, в проработке и обсуждении которого принимал участие весь класс, будет выполнено и осмыслено учащимися гораздо лучше и полнее, чем если бы каждый из них работал над темой индивидуально.

Другой важной областью совершенствования телеобразования является непосредственное представление услуг баз данных. Это не что иное, как определенный набор информации, доступ к которой возможен через специально организованные сети. Информация может иметь отношение к последним событиям в мире, фондовым рынкам, ценам на сельскохозяйственную продукцию, предлагаемым колледжами курсам обучения и т.д. Что в этой системе действительно ценно для телеобучения это приобретение возможности доступа в различные библиотеки. В настоящий момент такой способ делает доступными каталоги многих книгохранилищ, но в большинстве случаев бывает невозможно перегрузить текст выбранных книг в свой компьютер. Когда такая возможность появится, виртуальный класс обретет свою виртуальную библиотеку.

Формирование шаблона

Компьютерные мультимедийные системы, которые включают в себя видео, должны обладать обширной памятью для хранения информации. Это требование было выполнено благодаря развитию технологии создания носителей на компактных лазерных дисках -- CD-ROM. Этот мультимедийный носитель располагает таким объемом памяти, который сопоставим с содержанием нескольких энциклопедий, вместе взятых. На нем можно сохранить звук, изображение и текст в цифровом формате, он позволяет получить доступ к отдельному элементу информации за считанные секунды.

Телевидение, как и книга, отображает информацию в линейной последовательности. Эта последовательность устанавливается составителями программ. Мультимедийные компьютерные системы предназначены для вывода информации в такой последовательности, какую пожелает пользователь. С точки зрения образования можно сказать, что если ОТВ управлялось преподавателем, то мультимедийные системы управляются учеником. Для того чтобы дать пользователю возможность свободно ориентироваться в имеющейся в его распоряжении информации, хранящейся в мультимедийной системе, разработана технология преобразования данных, которая раньше называлась “гипертекст”. Теперь ее называют “гипермедиа”, учитывая тот факт, что информация может существовать в полном наборе различных форматов.

Мультимедийные системы могут объединяться в сети. World Wide Web -- паутина, опутывающая весь мир -- -- это широкомасштабная гипермедийная сеть, содержащая картинки, движущиеся изображения и аудиоклипы. Тем не менее существуют определенные проблемы в ориентировании фрагментов информации в пространстве распределённых гиперносителей. Пользователи теряются в гиперпространстве. Для решения этой проблемы в Технологическом университете города Грац (Австрия) разрабатывается распределенная гипермедийная система, получившая название “Гипер-Джи” (Hyper-G). Эта система включает в себя набор различных средств, помогающих пользователю правильно определять свое местоположение в информационных джунглях. Одно из таких Средств -- “локальная карта”, показывающая области, прилегающие к определенному элементу информации. Другим средством является “информационный ландшафт”: пользователь как бы летает над ним в поисках выступающих над поверхностью ориентиров.

Важнейшим достижением, возможно, является разработка функции “диапазон по требованию”. Это означает, что теперь можно будет корректировать ширину диапазона таким образом, чтобы в ходе телеконференции можно было использовать звук, видео, компьютерную графику или текст в том виде, в каком они лучше всего отвечают педагогическим требованиям телеурока. Таким образом, появляется возможность платить только за используемую ширину диапазона, а не за максимально доступную, как это происходит в настоящее время. Такой подход будет способствовать рациональному, бережному отношению к выбору носителей информации. Видеоизображение будет использоваться только в случае необходимости, а не потому, что оно имеется в наличии. Мультимедийные системы на Компьютерах обеспечивают возможность манипулировать видеоизображением, изменяя картинки и скорость кадров при передаче.

Когда различные аспекты телеобучения рассматриваются как единое целое, они обретают все элементы, составляющие стройную образовательную систему. Не это ли формирующиеся контуры всеобъемлющей, основанной на использовании коммуникационных технологий альтернативы существующей схемы аудиторного обучения, замкнутой на транспортную инфраструктуру? Обладает ли она способностью увязывать четыре основные составляющие обучения на различных уровнях и обеспечивать необходимое для образовательного процесса переключение на различные фрактальные уровни?

4.7 Модель многоуровневой системы телеобучения

Итак, мы пришли к выводу, что процесс обучения подразумевает существование фрактального измерения. Обучаемые должны уметь переключаться с режима самообучения на усвоение того, что могут им сообщить другие люди. В соответствии с теорией Л.С. Выготского, человек кроме способности к самообучению располагает также возможностью впитывать знания, преподносимые ему другими. Этот процесс может происходить на уровне малых и больших семейных групп, в масштабе страны, с учетом исповедуемой религии и национальной культуры. Тем не менее, на каждом уровне обучения должна существовать сеть передачи информации, в рамках которой осуществляется взаимодействие учителя, ученика, знания и проблемы.

Мы рассмотрели, как это происходит в системе образования, основанной на использовании учебных аудиторий, а также установили, что учащийся может работать самостоятельно: обратиться за помощью к преподавателю или однокласснику, либо обучаться в составе класса, школы или общегосударственной образовательной системы. Тем не менее, для того чтобы в классе сложилась ситуация общения по поводу обучения, необходимо обеспечить на этом уровне соединение воедино всех четырех составляющих процесса усвоения, что достигается только при использовании транспортной инфраструктуры. В настоящий момент предметом нашего рассмотрения станут способы создания многоуровневой системы обучения в условиях. когда четыре основных фактора образовательного процесса объединяются при помощи систем телекоммуникации. Есть мнение, что в телеобучении формируются четыре основных уровня, между которыми обучаемые могут осуществлять переключения с такой же легкостью, как при переходе с одного фрактального уровня на другой в традиционной системе учебной аудитории. Такими уровнями являются:

· отдельный обучаемый со своим ПК и модемом;

· небольшая групповая сеть учащихся;

· сеть курса;

· виртуальные учебные заведения.

Именно первые три уровня принимают участие в формировании виртуального класса. Четвертый уровень можно, скорее, отнести к разряду виртуальных детских садов, школ, колледжей, университетов и, наконец, виртуальных систем образования. Уровень виртуального учебного заведения, так же как и обычного учебного заведения, отвечает за управление и поддержку систем телеобучения, моделирование и разработку образовательных курсов, обеспечивает телеконсалтинг, телерегистрацию и доступ к телебиблиотеке. На основании приведенных выше положений мы попытаемся рассмотреть вначале три уровня виртуального класса, а затем уровень функционирования виртуальной школы.

Уровень 1: Конкретный обучаемый и его ПК

Уровень 2: Сети небольших групповых телецентров

Уровень 3: Курсовая сеть

Телеобучение, по всей вероятности, способствует общению в рамках группы, поэтому некоторые разрабатываемые методики предполагают произвольное переключение фрактальных уровней в процессе группового взаимодействия. Например, обычной практикой в процессе телеобучения является постановка перед каждым из телецентров задачи, которая требует выхода группы на несколько минут из режима телеконференции. В этот момент фрактальный уровень переключается с большой курсовой сети на сеть небольшой группы по месту расположения отдельного центра телеконференции. Но и на этом уровне за каждым обучаемым сохраняется право взять на себя какую-то часть решений задачи. В этом случае фрактальный уровень переключается уже на сеть индивидуума. После выполнения индивидуальной задачи каждым из учащихся они снова собираются вместе, чтобы синтезировать общее решение поставленной проблемы в целом, переходя, таким образом, опять на групповой уровень. Телеконференция снова вступает во взаимодействие со всеми центрами, вышедшими на связь по окончании индивидуальной работы, что означает повторное переключение на уровень курсовой сети. Каждый центр в отдельности вызывается для отчета о проделанной работе. Для этого, например, каждая группа должна написать на виртуальной общей доске свой вариант ответа, сделав соответствующую пометку для идентификации автора сообщения. В дальнейшем представленная информация оценивается, защищается и модифицируется при участии других центров. По мере того как каждый центр вписывает свой вариант решения, на виртуальной доске выстраивается последовательность пунктов, отражающих идеи каждого участника сети. В последующем каждому центру не составит труда создать для себя копию информации, содержащейся на доске. Телеконференция способствует развитию децентрализованного, направленного на учащегося демократического подхода к обучению, в отличие от традиционного иерархического подхода, все еще господствующего в обычном классе. Если при проведении аудиторного занятия учитель не может овладеть вниманием учеников, его беспокойство нарастает, по мере того как отдельные учащиеся начинают переговариваться друг с другом. В действительности они просто переключаются на другие фрактальные уровни. И, тем не менее это расценивается как нарушение дисциплины. Учитель пытается привлечь внимание всех учеников в классе одновременно и во что бы то ни стало старается удержать их на этом фрактальном уровне. В телеклассе преподаватель может даже и не подозревать, что отдельные группы переключились на другой фрактальный уровень и беседуют между собой. Для обычного учителя было бы настоящим потрясением, заехав в небольшой групповой центр, увидеть, как учащиеся разливают чай и по ходу теледискуссии критикуют выступающих, которые кажутся им глупыми, неинтересными или говорящими не по теме.

В обычном классе преподаватель начинает изучение новой "темы со всем классом одновременно и в конце занятия дает задание, для того чтобы убедиться, насколько ученики усвоили содержание урока. В телеобучении действует другая модель: ознакомление с материалом урока по большей части происходит асинхронно, до начала телеконференции. Таким образом, ученики получают возможность разобраться в предмете и попробовать выполнить задания до того, как они придут в телекласс, который используется для того, чтобы подвести итог и суммировать полученные знания, а не инициировать изучение темы. Иными словами, телеобучение имеет тенденцию делать то же, что происходит в обычном классе, только наоборот.

Постепенно исчезают количественные ограничения числа центров телеконференции, которые могут объединяться в рамках одного телекурса. В то же время основой телеобучения является взаимодействие, но если в часовой конференции участвуют 30 человек, то время, выделяемое каждому из них для выступления, составляет всего-навсего 2 минуты. Эту проблему можно решить следующим образом. Если распределить эти 30 человек на 6 небольших телецентров и позволить им время от времени работать самостоятельно, то они получат возможность общения в рамках своей группы, а взаимодействие на уровне курса могут осуществлять в это время представители каждой из этих 6 групп. Другими словами, телецентры переключатся с индивидуального уровня на уровень сети телекласса.

Теоретически можно предположить возможность того, что группа центров телеконференции выбирает один из них в качестве представителя для более широкого обсуждения темы на уровне сети, объединяющей несколько курсов, или на международном уровне. В этом случае группы телецентров становятся узлами в обширных курсовых сетях. П. Россман в своей книге “Формирование всемирного электронного университета” описывает несколько вариантов создания такого университета. Он пишет о телевизионных классах, где известные деятели науки и культуры будут рассказывать о достижениях в конкретных отраслях знаний, а за этим последует двустороннее аудиообсуждение, в котором могут принять участие все подключившиеся к сети обучаемые. Далее он рассматривает концепцию виртуального класса, которую разработали М. Турофф и Р. Хилтц, основанную на компьютерных системах связи. Россман пишет и о третьем варианте телекласса, в котором сочетаются “лучите черты виртуального класса, организованного на основе компьютерных сетей, и интерактивного телевидения, использующего как компьютерные сети, так и собственно телевидение”. Он называет это всемирной лекционной аудиторией. Россман также отмечает возникновение “ситуационных классов”, которые оснащены аппаратурой, программным обеспечением и информацией, необходимыми для широкомасштабного электронного обучения.

Уровень 4: Виртуальное учебное заведение

4.8 Киберпространство

В 1986 г. У. Гибсон написал книгу “Нейромансер” (нейрофантазер -- Пер.) -- историю в стиле научной фантастики, герой которой включается в глобальную компьютерную сеть сетей связи, называемую киберпространством. Идея создания этого виртуального телемира захватила в свое время воображение миллионов людей по всему свету. Теперь эти фантазеры пользуются услугами сети Интернет. Интернет -- это уже реальная суперсеть, стремительно растущая и в некоторых аспектах принимающая вид гибсоновского киберпространства. Приверженцы Интернета считают его изменчивой формой такого пространства, в котором сами они являются кибернавтами, исследующими новый мир. Некоторые разработки в области распределенных мультимедийных систем, в частности информационный ландшафт “Гипер-Джи”, представляющий собой графическое выражение данных и позволяющий пользователю “летать” над ним в поисках выступающих над “местностью” информационных конструкций, по-видимому, приближаются к идее Гибсона о киберпространстве как о мире информации в мультимедийной среде.

Интернет растет так быстро, что никто не знает его размеров. В настоящее время люди связываются между собой через Интернет, используя перевод файлов при помощи электронной почты, доски объявлений и компьютерную конференц-связь. Они получают доступ к огромным хранилищам информации и входят в протовиртуальную реальность, называемую MUD (Multi-user Dungeons -- погреба для множества пользователей), MOO (MUD Object-oriented -- MUD, ориентированный на объект), MUSE (Multi-user Simultaneous Environments -- одновременные среды для многих пользователей), MUA (Multi-user Adventures -- приключения для многих пользователей -- Пер.).

5. Информационные технологии как средство повышения эффективности инженерной подготовки в образовании

Применение информационных технологий в жизни современного человека весьма разнообразно и во многом затрагивает устоявшиеся основы его существования. К примерам применения средств информационных технологий в бытовой сфере следует отнести:

автоматическую телефонную связь, включая мобильные телефоны;

автоматические многофункциональные бытовые машины и приборы с дистанционным управлением, в том числе и с управлением по компьютерным сетям;

компьютерное медицинское диагностирование, лечение и врачебное наблюдение, включая дистанционные способы выполнения перечисленных врачебных действий;

дистанционные системы охраны жилищ и мониторинга автоматизированных средств поддержки комфортных условий жизни;

компьютерные средства обучения и тренажеры;

интерактивное цифровое телевидение;

автомобильная навигация на базе компьютерной техники, средств космической связи и геоинформационных систем;

обмен личной и деловой информацией по компьютерным сетям (электронная почта, видеоконференции, заказ проездных билетов, резервирование мест в гостиницах, коммунальные платежи, биржевые и банковские операции, покупки товаров);

безналичные расчеты за покупки и услуги с помощью пластиковых карт, которые являются средством индивидуального доступа в банковские информационные системы;

применение компьютеров как мультимедийных средств отдыха (музыка, видеофильмы, игры).

В многообразии фактов и пространных аналитических выкладок теряются собственно фундаментальные положения курса, которые состоят в описании принципов действия и способов их конструктивно-технологического воплощения применительно к конкретным классам технических устройств и систем. На основе этого описания строится по возможности универсальное и полное математическое описание, позволяющее в дальнейшем перейти к формированию соответствующих компьютерных моделей и осуществлять содержательный анализ рабочих свойств совокупности объектов при различных сочетаниях их внутренних параметров и различных внешних воздействиях.

Таким образом, центр тяжести перспективного учебного курса фундаментальной подготовки инженера переносится на создание адекватных математических и компьютерных моделей, позволяющих имитировать поведение множества технических объектов в различных условиях. Большинство процедур моделирования может быть выполнено с помощью универсальных программных средств анализа, которыми снабжаются современные компьютеры. При этом проблемы вычислений, занимающие в современных курсах до половины времени и ни в какой мере не связанные с существом изучаемого предмета, возникают только при оценке точности и достоверности получаемых результатов моделирования.

Последовательная реализация излагаемого подхода создает предпосылки для существенного снижения, а в ряде случаев и разрушения междисциплинарных барьеров, поскольку реально математические модели физически разнородных объектов аналогичны по своей структуре. Кроме того, применение компьютеров как средства моделирования позволяет исключить большинство рутинных операций по преобразованию данных и соответствующим образом повысить производительность учебной работы студентов. А это, в свою очередь, открывает возможности индивидуальной творческой работы с вероятностью получения нетривиальных результатов.

Но даже самостоятельное «открытие» известных зависимостей или закономерностей в процессе «экспериментирования» с имитационными компьютерными моделями дает существенно больший обучающий эффект, чем тот, который достигается в рамках традиционной дидактики многократным повторением некоторой последовательности рутинных операций.

Применение информационных технологий в производственной деятельности человека не менее многообразно и действенно в плане изменения условий и результативности труда. К наиболее широко применимым средствам информационных технологий здесь можно отнести:

· автоматизированные производственные системы и комплексы;

· системы автоматизированного проектирования;

· геоинформационные системы;

· системы мониторинга природной среды и прогноза погоды;

· навигационные комплексы;

· компьютерные системы бухгалтерского учета и автоматизации делопроизводства.

Система образования должна готовить людей к жизни и профессиональной деятельности в информационном обществе, что обязывает применять информационные технологии в образовательном процессе.

5.1 Необходимость и предпосылки информатизации сферы образования

Образование по своей сути является процессом получения, преобразования, накопления и целесообразного применения информации. Поэтому один из эффективных путей совершенствования системы образования состоит во включении современных технологий поиска, передачи, накопления, преобразования и представления информации в различные виды учебных занятий.

Современные информационные технологии предоставляют широкие возможности для эффективного решения всех перечисленных задач обработки информации в образовательном процессе.

Поиск необходимой информации осуществляется на основе ее предварительной структуризации и накопления на машинных носителях в локальных или глобальных компьютерных сетях. Для поиска необходимых сведений используются системы управления базами данных и знаний, а также специальные навигационные программные системы.

Для передачи данных используются традиционные телефонные и оптоволоконные линии связи, а также системы беспроводной связи, включая космические телекоммуникационные системы. Скорости и стоимости передачи информации по мере совершенствования средств связи оказываются вполне приемлемыми для осуществления образовательного процесса в реальном масштабе времени на любых расстояниях между участниками этого процесса.

Формы и методы преобразования информации, доступные современным прикладным программам, чрезвычайно многообразны. Созданы и широко применяются на практике компьютерные системы преобразования текстовой и деловой графической информации, системы автоматизированного проектирования, в которых преобразуется оцифрованная графическая информация, специальные математические программы, которым доступны операции с информацией в символьной форме, электронные переводчики с одних естественных языков на другие.

Возможности отображения и представления информации, доступные современным компьютерам, практически безграничны. В данном случае возможными формами являются тексты и гипертексты, двух- и трехмерные графические изображения, включая создание виртуальных миров, как это делается, в частности, в компьютерных играх и анимационных презентациях. Кроме того, возможна работа с качественной звуковой и реальной видеоинформацией. Современный компьютер является полноценным мультимедийным технологическим комплексом.

Однако наличие широких возможностей для работы с разнообразными формами информации у современных компьютеров и создание большого количества прикладных программ, облегчающих работу пользователей, не обеспечивает их целесообразного автоматического включения в образовательный процесс. Это оказывается справедливым даже в тех случаях, когда собственно компьютер и средства обеспечения его работы рассматриваются в учебном процессе как объекты изучения, что характерно для большинства учебных курсов по информатике и информационным технологиям. Оказывается, что и в этих случаях не удается обойтись без подготовки методических материалов, структурирования учебного материала, разработки программ контроля знаний и пр. Следует отметить, что справедливость сказанного возрастает по мере увеличения возраста и жизненного опыта обучающихся индивидуумов.

Молодые люди, выросшие в новой информационной среде и закрепившие основные технологические приемы работы с информацией на подсознательном уровне, в большинстве случаев применяют алгоритм проб и ошибок в процессе поиска приемлемого способа решения той или иной возникающей практической задачи. Чаще всего такой подход оказывается более продуктивным в условиях априорной неполноты знаний и реально существующего многообразия путей получения конечного результата, что характерно для большинства современных информационных систем.

Для людей более зрелого возраста, получивших образование в то время, когда компьютеры еще не существовали или не были доступны для повседневного применения, характерно стремление к созданию мысленной модели своих дальнейших действий на основе предварительно полученной и осознанной объективной информации. Только после этого они готовы обратиться к компьютеру для решения возникших проблем.

Эти особенности необходимо учитывать при разработке методик переподготовки и повышения квалификации.

Еще большие трудности возникают при попытках внедрения информационных технологий для изучения учебных дисциплин естественнонаучной, общей профессиональной и специальной подготовки, когда компьютеры являются не объектом, а средством обучения. Эти попытки начались практически с появлением первых вычислительных систем коллективного пользования более тридцати лет назад.

Однако скорость смены технологической среды разработки и применения обучающих программ неизбежно приводит к ускоренным темпам морального старения разрабатываемых средств обучения еще до завершения их разработки. Это характерно не только для обучающих систем, но в данном случае из-за значительных масштабов применения имеет наиболее негативные последствия. В результате на долгие годы новые образовательные технологии становятся прерогативой узкой группы подвижников и практически исключаются из инструментария совершенствования образовательного процесса и улучшения качества подготовки специалистов.

Практически целое поколение педагогов высшей школы оказалось выключенным из процесса результативного совершенствования образовательного процесса. Время стагнации в данной области совпало со временем становления новых информационных технологий. Учитывая ранее отмеченную консервативность системы образования, это вполне объяснимое явление.

Значимые изменения консервативных систем возможны только в стационарных условиях. Это положение в полной мере относится к эволюции системы образования, вызываемой появлением и развитием новых информационных технологий. И эти условия становятся реальностью несмотря на ускоряющиеся темпы развития информационных и телекоммуникационных технологий, которые при этом не затрагивают базовых принципов обработки и представления информации.

Зрелое состояние информационных технологий и средств их реализации характеризуется достигнутыми возможностями объединения прикладных программных систем, созданных на базе различных технических и программных платформ в составе сложных информационных комплексов. Таким образом, обеспечивается преемственность и возможности развития достаточно длительных процессов информатизации образовательного процесса.

Целью применения информационных технологий для совершенствования образования является достижение открытости, гибкости, индивидуализации и непрерывности образования. Последовательное применение перечисленных принципов приводит к созданию системы образования нового типа, которая открыта для всех желающих при минимуме предварительных условий. Образовательный процесс в такой системе строится на основании индивидуальных учебных планов и программ при свободном выборе времени, темпов и места обучения.

На пути достижения обозначенной цели необходимо решить совокупность организационных проблем и проблем содержательного наполнения образовательного процесса. При этом следует учитывать, что простое переложение наработанных в традиционном образовании методических приемов на новые возможности, открывающиеся информационными технологиями, не приведет к ожидаемым положительным результатам. Последовательное применение новых информационных технологий изменяет саму природу мышления, а значит должно затронуть и суть процесса образования. Образность представления информации, доступная современным компьютерам, должна стать мощным усилителем мыслительных процессов в образовании.

И здесь особая роль отводится преподавателям, которые являются носителями технологии образования и которые должны творчески переосмыслить накопленный интеллектуальный багаж в соответствии с новыми технологическими возможностями.

До настоящего времени в российском обществе отсутствует четкое понимание роли информатизации в развитии не только образования, но и всех сторон общественной жизни. Это непонимание характерно не только для обывателей, но и для политиков, организаторов образования, преподавателей, т.е. людей, от которых во многом зависят перспективы информатизации общества.

Для того чтобы пойти на глубокие изменения действующей системы образования на основе широкого применения новых информационных и телекоммуникационных технологий, необходимо ясное понимание того, что эти изменения дадут в результате. Требуется научное обоснование кризиса образования и целесообразных путей его преодоления. Необходимо предпринять большие усилия для того, чтобы новые образовательные технологии как база будущей системы образования были приняты не только в образовательной среде, но и в обществе в целом.

Как было указано раньше, сами по себе технические и программные средства компьютеров не обеспечивают успеха в достижении целей образования. Требуется создание педагогически и дидактически обоснованных новых образовательных технологий, учитывающих возможности техники и направленных на достижение конечных целей образовательного процесса. А для этого необходимо объединить усилия педагогов и специалистов в области компьютерных технологий. Первые должны четко понимать возможности информационных технологий для их целесообразного применения, а вторые - разрабатывать обучающие программы с учетом дидактических требований.

Становление новой образовательной системы невозможно без проведения целенаправленной организационной политики. Организационная структура и политика традиционных университетов не ориентирована на широкое внедрение информационных технологий в образовательный процесс. Последовательное проведение такой политики с неизбежностью приведет к полному изменению структуры этих образовательных учреждений, т.е. к отмиранию действующей структуры.

Необходимы специальные усилия для становления новых образовательных технологий. Прежде всего, необходимо учитывать весьма большую трудоемкость разработки методических и программных средств обеспечения образовательного процесса в новой информационной среде. С этой задачей преподаватели, работающие в традиционных университетах, не могут справиться без принятия специальных организационных и финансовых мер. Кроме того, для разработки компьютерных программ учебного назначения требуются соответствующие специалисты, а для эффективного применения этих программ необходима переподготовка преподавателей.

Работа по созданию и применению новых информационных технологий в учебном процессе никак не поощряется и является уделом небольших групп энтузиастов. Такое положение характерно для всей системы образования практически с момента первых опытов по информатизации образовательного процесса и до настоящего времени. Инициатива, как всегда оказывается наказуемой: кто применяет информационные технологии в неприспособленной для этого организационной среде, испытывает наибольшие трудности и давление этой среды.

Для новой технологии необходима и новая организационная структура, которая должна создаваться на принципах открытости, непрерывности, гибкости, индивидуализации образовательного процесса. При формировании новой образовательной среды необходимо готовить учебный материал на новых технологических и методических принципах, а также создавать специализированные управленческие структуры, без которых новая система окажется нежизненной.

Для решения этих задач также не обойтись без массовой подготовки педагогических кадров.

Экономические факторы являются определяющими при создании открытой образовательной системы. По мере развития индустрии информационных и телекоммуникационных технологий стоимость персональных компьютеров как основных средств информатизации и их работы в составе информационных сетей становится приемлемой для подавляющего числа студентов.

Важно отметить, что экономическая эффективность новой информационной системы образования увеличивается при увеличении масштабов ее применения. Для традиционной системы образования такая зависимость экономической эффективности от масштабов применения не наблюдается.

Характерной особенностью новых форм образовательного процесса, определяющей ее экономическую эффективность, является устойчивость системы, понимаемая как ее способность решать практические проблемы организации и проведения образовательного процесса при различных уровнях развития средств телекоммуникации. По мере развития телекоммуникаций и увеличения их производительности будет расширяться и сфера применения новых образовательных технологий.

Использование новых информационных технологий в образовании позволяет по-новому подойти к организации и проведению такого важнейшего вида учебных занятий, как лабораторные работы. Однако при ограниченных финансовых ресурсах обеспечение учащихся полноценными лабораторными практикумами возможно только на базе современных информационных и телекоммуникационных технологий. Эффективное использование этих технологий в образовательном процессе возможно лишь при решении проблем автоматизации применяемого лабораторного оборудования.

Таким образом, основные предпосылки информатизации сферы образования определяются следующими факторами:

· стремительно развивающимися процессами информатизации всех сфер общественной и личной жизни людей, широким практическим использованием компьютеров, локальных и глобальных компьютерных сетей;

· необходимостью активизации и повышения роли самостоятельной творческой работы студентов;

· потребностями обработки в образовательном процессе все больших объемов информации, изучения все более сложных объектов и процессов;

· открывающимися возможностями оперативного доступа к территориально распределенным информационным и техническим ресурсам образовательных и научных учреждений;

· ожидаемым повышением эффективности и результативности образовательного процесса за счет улучшения наглядности, увеличения объемов обрабатываемой учебной информации, организации индивидуальной работы студентов;

· открывающимся многообразием выбора состава объектов исследования, заданий и форм выполнения учебных проектных и исследовательских работ;

· существующим уровнем развития и распространения технических и программных средств информатизации, доступных широким слоям пользователей, включая студентов и школьников;

· практической реализуемостью и целесообразностью интеграции научных исследований и образовательного процесса;

· экономической эффективностью, определяемой простотой распространения информации и программного обеспечения, а также исключением многократного тиражирования лабораторного оборудования, минимизацией затрат на его размещение и обслуживание.

Информатизация сферы образования создает реальные предпосылки для решения важнейшей социальной задачи - предоставления высококачественных образовательных услуг самым широким слоям населения вне зависимости от социального статуса, уровня доходов, места жительства и других жизненных обстоятельств.

5.2 Формы и методы применения информационных технологий в образовании

Информационные технологии выполняют в образовательном процессе двоякую роль: с одной стороны, они являются предметом изучения и практического освоения, а с другой - инструментальным средством, с помощью которого удается повысить результативность и эффективность изучения практически всех дисциплин учебного плана подготовки инженеров. При этом список средств информационных технологий, применяемых в образовательном процессе инженерной подготовки, оказывается весьма обширным и может включать следующие основные компоненты:

· компьютеры,

· средства телекоммуникации,

· текстовые и графические процессоры,

· математические пакеты,

· средства управления базами данных и знаний,

· средства автоматизации экспериментальных исследований,

· средства автоматизации проектирования,

· средства автоматизации программирования,

· средства компьютерного моделирования,

· средства обучения и контроля знаний,

· компьютерные тренажеры.

Ряд учебных дисциплин подготовки современных инженеров непосредственно направлен на изучение и практическое освоение информационных технологий. К их числу можно отнести, например, учебные дисциплины «Информационные технологии», «Информационные системы», «Компьютерное моделирование», «Системы автоматизированного проектирования», «Автоматизированные системы научных исследований», «Микропроцессорная техника». Применительно к изучению этих дисциплин традиционные формы образовательного процесса в виде лекционных и аудиторных практических занятий оказываются чрезвычайно малоэффективными и вместо интереса вызывают отторжение от предмета изучения у большинства студентов. Компьютеры как носители информационных технологий здесь являются незаменимыми помощниками методистов и преподавателей, а сами информационные технологии и средства информатизации рассматриваются как объекты изучения.

Характерно, что все современные средства информатизации обладают дружественным графическим интерфейсом, существенно облегчающим действия неподготовленных пользователей. Кроме того, в подавляющем большинстве случаев имеется развитая система контекстной поддержки действий пользователей, которая разъясняет существо выбранных действий или предупреждает о возможных негативных последствиях. Учитывая чрезвычайно многообразный характер действий, которые могут быть выполнены с помощью современных средств информационных технологий, роль преподавателей при их изучении может состоять в доведении до обучающихся информации об основных функциональных свойствах и возможностях объекта изучения, в выборе совокупности функций, которые должны быть изучены и освоены на уровне практического применения, в подготовке и проверке результатов выполнения индивидуальных заданий. Основная работа выполняется студентами самостоятельно в режиме непосредственного контакта с изучаемым информационным средством при консультационной поддержке преподавателей.

В большинстве случаев сами информационные технологии и средства их реализации не являются конечной целью обучения, а рассматриваются как инструмент поддержки действий пользователя в решении актуальных задач. Поэтому весьма важно в процессе обучения предлагать студентам, осваивающим информационные технологии, не абстрактные, а конкретные задачи, решение которых оказывается полезным в изучении других дисциплин учебного плана.

Место, состав средств и задачи информационных технологий в структуре инженерной подготовки представлены на рис. 14.

Информационные технологии как средства автоматизации решения прикладных задач могут и должны оказывать самое существенное влияние на повышение качества и результативности образовательного процесса на этапах общей профессиональной и специальной подготовки инженеров. В данном случае информационные технологии являются средством активизации самостоятельной творческой работы студентов.

Так, например, изложение принципов действия или конструкции технических устройств и систем целесообразно дополнить наглядными, в том числе и анимированными изображениями, выполненными средствами компьютерной графики. Применение универсальных программных средств моделирования позволяет заменить рассмотрение Упрощенных математических моделей имитационным компьютерным моделированием. При этом удается получать и анализировать количественные оценки функциональных показателей изучаемых объектов и процессов с учетом многообразия воздействующих факторов, а также осуществлять, например, поиск путей повышения эффективности.

Использование автоматизированных методик проектирования в процессе выполнения курсовых проектов открывает возможности постановки и решения творческих задач поиска эффективных проектных решений взамен многократного повторения рутинных расчетных или графических работ. Кроме того, применение информационных технологий в данном случае позволяет осуществлять поиск аналогов выполняемой разработки, а также оперативно обращаться за нормативно-справочной информацией, хранящейся в автоматизированных банках данных.

Автоматизация экспериментальных исследований делает возможными ранее недоступные в учебной практике исследования динамических процессов с многоканальными измерениями, запоминанием и последующей математической обработкой мгновенных значений функциональных показателей изучаемых объектов, сложного экстремального и адаптивного управления, диагностики и прогнозирования технического состояния изучаемых объектов.

Телекоммуникационные средства делают доступными распределенные информационные и технические ресурсы образовательных и научных учреждений. Формы и эффект применения различных средств информационных технологий в инженерной подготовке иллюстрируются материалами табл. 1.

Таблица 1. Формы применения и роль информационных технологий в инженерной подготовке

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7