Сознание робота: четыре тренда в развитии машинного обучения
Об эксперте: Надежда Зуева, исследователь в области машинного обучения и искусственного интеллекта, сооснователь Deep Learning School на базе МФТИ. Ведущий разработчик распознавания голосовых сообщений и детектора токсичных высказываний «ВКонтакте».
За последние 20 лет развитие компьютерных технологий шагнуло гораздо дальше представлений фантастов прошлого века. Навигатор строит маршрут лучше нас, приложения «угадывают» наши предпочтения в музыке. Системы искусственного интеллекта преуспели в творчестве и областях, требующих от человека незаурядных способностей: обыгрывают профессиональных игроков в го и DOTA, обнаруживают раковые опухоли не хуже опытных врачей, точнее человека определяют личность по внешности или голосу и даже создают музыку и произведения искусства.
Однако эти системы еще не могут считаться ИИ. Они, как правило, хорошо справляются только с тем типом задач, на который натренированы. Например, антиспам-системы хоть и включают в себя анализ текста, ничего не знают об устройстве естественного языка и эмоциональной окраске сообщений. Кроме того, для машинного обучения все еще необходим человек: модель способна только на то, что в нее изначально заложили разработчики. Однако технологии не стоят на месте.
1. Машинное обучение станет масштабнее
Масштаб проявляется буквально во всем: в сложности самих моделей, в объеме данных для обучения, в требуемых вычислительных мощностях, в длительности тренировки моделей, в том, сколько появляется специалистов по машинному обучению и сколько денег инвестируется в исследования ИИ. Наконец, разработчики алгоритмов машинного обучения берутся за задачи, которые еще недавно казались невыполнимыми.
Яркий пример масштаба — языковая модель GPT-3. Это та самая нейросеть, которая прославилась статьей для The Guardian. Она работает по принципу автодополнения, то есть генерирует продолжение для любого введенного текста. Кроме очевидных областей применения — в чат-ботах и написании текстов — GPT-3 успешно справляется с переводами, краткими пересказами, семантическим поиском и другими языковыми задачами.
Чтобы добиться выдающихся результатов, разработчикам GPT-3 потребовалось включить в модель 175 млрд параметров и использовать для обучения 570 Гбайт текстов (для сравнения: текст всей русскоязычной «Википедии» занимает около 3 Гбайт) и специально построенный суперкомпьютер с 285 тыс. процессорных ядер и 10 тыс. GPU (графических процессоров).
Тренду на увеличение моделей машинного обучения способствуют два момента:
Однако у масштаба есть и обратная сторона. Поскольку новым моделям требуется инфраструктура ценой в миллионы долларов, такие исследования доступны только корпорациям и совершаются в их интересах.
Но это не значит, что обычный разработчик не может приобщиться к действительно крутым технологиям. Во-первых, фундаментальные исследователи могут за разумные деньги арендовать видеокарты в облаках AWS и Google или обратиться за помощью на платформу добровольных вычислений BOINC. Во-вторых, компании делятся своими наработками. Еще недавно, чтобы сделать классификацию чего бы то ни было, нужно было самостоятельно собрать и разметить данные, обучить модель и так далее. Сейчас индустрия меняется, в открытом доступе появляются предобученные модели, которые можно использовать в своих проектах.
2. Машинное обучение станет ближе
Готовые и предобученные модели сделают машинное обучение доступным для большего числа разработчиков. Это значит, что больше сервисов будет использовать технологии машинного обучения и они еще сильнее проникнут в нашу жизнь.
Одновременно с появлением суперсложных методов развивается тренд и на легковесные модели машинного обучения, работающие на пользовательских устройствах.
Есть три причины, почему разработчики стараются перенести часть машинного обучения с серверов на устройства:
Приведу в пример технологию распознавания голосовых сообщений «ВКонтакте». Самым важным параметром для нас была скорость, потому что эта технология призвана экономить время — расшифровка должна занимать его сильно меньше, чем прослушивание аудио. Для этого мы сделали не одну, а целых три очень легких нейросети, которые работают одна за другой: первая отвечает за распознавание звуков, вторая из звуков формирует слова, а третья расставляет знаки препинания.
3. Искусственный интеллект научится быть непредвзятым
Независимо от размеров и областей применения, модели машинного обучения учатся у людей, и это, к сожалению, касается и предрассудков. И здесь мы заходим на территорию на стыке этики и технологий.
Приведу пример, когда прямой подход «статистика отражает реальный мир» не работает. Представьте, что мы хотим автоматически определять токсичные и враждебные высказывания (а в соцсетях мы действительно это делаем). Простое решение заключается в том, чтобы обучить модель на комментариях, которые модераторы помечали как оскорбительные, и считать подозрительными все похожие сообщения. Как думаете, с какой вероятностью такой фильтр отбракует обсуждение сельскохозяйственных животных? Или, например, рецепт сырников из жирного творога и черного шоколада?
Условно, у этой проблемы две грани: технические особенности обучения моделей и понимание этики искусственного интеллекта.
Однозначной стратегии, как освободить ИИ от предубеждений, еще не выработано, но первые шаги в этом направлении уже делаются. Крупные компании, такие как IBM, Google, Amazon, Facebook и другие, создали некоммерческое партнерство по ИИ, а IEEE (влиятельная международная ассоциация, занимающаяся развитием технологий) разработала инициативу по этике интеллектуальных систем.
4. Искусственный интеллект выйдет на новый уровень
Все, что сейчас принято называть искусственным интеллектом, на самом деле не интеллект, а интеллектуальные системы. В их основе — методы машинного обучения и нейросети, которые пока выполняют отдельно взятые функции. В целом они статичны: даже если модели дообучаются на свежих данных в процессе работы, выучить новые трюки без вмешательства человека они не могут.
Поэтому самая амбициозная и долгосрочная задача для современного машинного обучения — создать универсальную систему, которая сможет непрерывно учиться и осваивать сложные взаимосвязи в устройстве мира.
Мы пока не знаем, что станет ключом на пути к качественно новому уровню искусственного интеллекта. Возможно, у нас уже есть все, что нужно, и не хватает лишь понимания, как это собрать воедино. А возможно, потребуется полный пересмотр нейросетевой концепции. Машинное обучение во многом вдохновляется нейробиологией, которая сейчас тоже быстро развивается. Кто знает, может, скорое научное открытие изменит наш взгляд на представления о работе человеческого мозга или вообще покажет, что лучше подражать не людям, а насекомым, и за роевым интеллектом будущее.
Средства обучения в учебном процессе
Средства обучения как категория дидактики. Их классификация по характеру представления в них окружающей действительности: натуральные объекты, изображения и отображения материальных объектов. Учебно-производственные средства обучения и их использование.
| Рубрика | Педагогика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.04.2013 |
| Размер файла | 383,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Средства обучения, равно как и содержание, методы, организационные формы, являются компонентом системы обучения (проектируемой модели) и учебно-воспитательного процесса, а также важнейшей составляющей учебно-материальной базы любого учебного заведения.
Будучи компонентом разнообразных системных образований в педагогической науке и практике, материальные средства обучения оказывают самое непосредственное влияние на все другие компоненты в полном соответствии с установившимися системообразующими связями функционирования, преобразования, взаимодействия, пр.
Так, например, достаточно широкое использование средств новых информационных технологий неизбежно приводит к более широкому применению в практике проектных, исследовательских, проблемных методов, предусматривающих различные формы самостоятельной деятельности учащихся (индивидуальные, групповые), не замыкающиеся рамками традиционного урока.
Неизбежно подвергаются тем или иным изменениям и цели, содержание обучения. Именно с возникновением новых средств и технических достижений стало возможным включать в программу те разделы науки, которые ранее были недоступны для понимания учащихся. Уже сегодня учащиеся получают реальные возможности для раскрытия своего творческого потенциала, развития природных задатков и способностей, овладевая новыми методами и технологиями обучения, которые стали возможны лишь с появлением новой техники.
Таким образом, в категориальном аппарате дидактики материальные средства (орудия труда) имеют самостоятельный статус наряду с целями, содержанием, методами, организационными формами обучения.
Более того, роль средств обучения как инструмента учебно-воспитательной деятельности возрастает в связи с технологизацией всех сфер общественной жизни.
В исследованиях, затрагивающих проблему создания и использования средств обучения, просматриваются два основных подхода к классификации: педагогический и инженерный. Педагогический подход основан на необходимости реализации в учебном процессе различных дидактических целей, в первую очередь, характера представления окружающей действительности, организации разнообразных видов учебно-познавательной деятельности учащихся, осуществления мотивационных, учебно-воспитательных и контрольно-корректирующих и т.д. функций преподавателя. Инженерный подход позволяет учесть конструктивно-технологические особенности СО, их деление на классы в зависимости от способа производства, каналов воздействия на учащихся, эргономических характеристик и др. В дидактическом плане нам представляется наиболее обоснованной классификация средств обучения по характеру представления в них окружающей действительности, предложенная С.Г. Шаповаленко:
2. Изображения и отображения материальных объектов (оригиналов) составляют группу, в которую входят: модели, муляжи, макеты, таблицы, иллюстративные материалы (рисунки, фотоизображения, картины, портреты), экранно-звуковые средства (диафильмы, серии диапозитивов (слайдов), кинофильмы, транспаранты, видео- и звукозаписи, пластинки, радио и телепередачи).
В свою очередь, каждая из указанных подгрупп может быть также классифицирована по определенным основаниям.
3. Средства обучения, представляющие описания предметов и явлений объективной действительности условными средствами (слова, знаки, графики), включают текстовые таблицы, схемы, графики, диаграммы, планы, карты, учебные книги: учебники и учебные пособия, сборники задач, инструкции для самостоятельных работ, дидактические материалы и др.
К группе технических средств (ТС) относится различная проекционная и звуковоспроизводящая аппаратура (кинопроекторы, диапроекторы, графопроекторы, магнитофоны, видеомагнитофоны); тренажеры, универсальные технические средства, лингафонные устройства, электронно-вычислительная техника, если она просто выполняет функцию проявления той или иной компьютерной программы, которая и является в строгом смысле слова средством обучения.
Отдельно, видимо, следует выделить различного рода информационные среды, такие, как, например, телекоммуникации (электронная почта, электронные конференции, информационные ресурсы Internet, мультимедиа системы), которые в прямом смысле средствами обучения не являются, но создают своеобразную среду, в которой при использовании определенных педагогических технологий происходит процесс познания, интеллектуального развития учащихся.
Данная классификация разработана с учетом такого важного в теории классификаций фактора, как фактор развития, а потому дает возможность выделить те классификационные признаки, которые могут выявиться в связи с появлением новых видов СО. Так, появившиеся значительно позднее после опубликования данной классификации такие средства обучения, как видеозаписи, средства ЭВТ, тренажеры-имитаторы и др., нашли в ней свое место.
Формирование систем средств обучения предполагает не только знание классификационной отнесенности видов средств обучения по тем или иным признакам, но и знания их дидактических свойств и функций.
Как бы различны ни были дидактические функции СО, все они обладают общими функциями, а именно:
— наглядности Г обеспечивающей осознанность и осмысленность воспринимаемой учащимися учебной информации, формирование представлений и понятий;
информативности, поскольку средства обучения являются непосредственными источниками знания, т.е. носителями определенной информации;
компенсаторности, облегчающей процесс обучения, способствующей достижению цели с наименьшими затратами сил, здоровья и времени обучаемого;
адаптивности, ориентированной на поддержание благоприятных условий протекания процесса обучения, организацию демонстраций, самостоятельных работ, адекватность содержания понятия возрастным особенностям учащихся, плавную преемственность знаний;
интегративности, позволяющей рассматривать объект или явление как часть и как целое. Эта функция реализуется при комплексном использовании СО, а также при использовании средств новых информационных технологий.
К общим функциям относятся также функция инструментальная, ориентированная на обеспечение определенных видов деятельности, действий, операций и достижение поставленной методической цели, и мотивационная, которая служит цели формирования устойчивой (внешней) мотивации учебной деятельности.
Все функции СО взаимосвязаны и оказывают комплексное влияние на учебно-воспитательный процесс, обеспечивая его рациональную организацию и управление.
2. ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ
Натуральные объекты. К натуральным объектам относят обычно объекты живой и неживой природы, с которыми учащиеся знакомятся в виде демонстрационного или раздаточного материала.
Натуральные объекты для использования в качестве наглядных пособий, прежде всего оборудование и его узлы, необходимо специально подготавливать или обрабатывать: сделать разрезы, произвести специальную окраску отдельных деталей, вырезать смотровые окна в кожухах, крышках, корпусах, подсветить внутренние полости, установить лампочки-сигнализаторы и т.п.
Учебные модели, муляжи, макеты. Модели являются учебно-наглядными изобразительными пособиями, искусственно воспроизводящими натуральные объекты и передающие их структуру, существенные свойства, связи и отношения. При этом допускается условность в передаче свойств оригинала (объектов макро- и микромира): уменьшение или увеличение размера, схематизация в передаче строения объектов, условность окраски и т.д.
Наиболее типичной и распространенной разновидностью моделей являются материальные (предметные) модели. При этом материальные модели делят на объемные и плоскостные. Промежуточное положение между ними занимают рельефные таблицы.
Объемные модели могут быть разборными (резец, муфта, набор атомов со стержнями), неразборными, статичными (комплекты метчиков) и динамическими (модель двигателя внутреннего сгорания, насоса).
К объемным моделям относят муляжи и макеты, которые используют в преподавании различных как общеобразовательных, так и технических предметов.
Муляжами (макетами) называются пособия, в которых натуральные объекты воспроизводятся с высокой степенью сходства. При выполнении муляжей и макетов не допускаются условности изображения оригиналов: размеры, форма, цвет и строение поверхности должны передаваться с максимальной точностью.
Муляжи и макеты находят применение при изучении внешних свойств и признаков предметов и явлений окружающей действительности, модели дают возможность изучить внутреннее строение и принцип действия изучаемых объектов, кинематику машин и механизмов, другие связи и отношения, имеющие место в изучаемых явлениях.
По способу предъявления учащимся модели, муляжи (макеты), как и натуральные объекты, делятся на демонстрационные и раздаточные.
Состав моделей, особенности их конструкции, наглядной формы представления зависят от специфики моделируемого объекта или отдельных его сторон. Например, структура строения веществ живых и неживых объектов, принцип действия изучаемых аппаратов, механизмов, электротехнических, установочных изделий, инструментов, приборов, технологические цепочки, особенности взаимосвязей компонентов в изучаемом объекте, средства информационного отображения и др. могут быть представлены в обучении различными видами моделей.
Учебная таблица традиционно отнесена к демонстрационным средствам обучения, однако в последнее время все чаще появляются серии таблиц (особенно справочных) в виде раздаточного материала.
По способам (средствам) отображения информации таблицы обычно различают следующим образом: объектно-композиционные, содержащие изображения (рисунки, фотографии) натуральных объектов и явлений и их сочетания (плакаты); графические (чертежи, графики, диаграммы, схемы и др.), знаковые (символические), выражаемые знаками, формулами, буквами, словами естественных и искусственных языков, комбинированные, включающие различные средства отображения.
По комплектности учебные таблицы разделяют на единичные и серийные. Последние могут содержать серии таблиц по отдельным темам, разделам, курсу, классам (уровням обучения).
В последнее время в практике обучения различным предметам все чаще используют электрифицированные таблицы (стенды). К ним, в первую очередь, относятся справочные и инструктивные таблицы, особенно по технике безопасности.
содержание плаката должно соответствовать его тематике, определенной заголовком и, по возможности, быть простым, доступным, наглядным;
изображения на плакате должны быть достаточно крупными, позволяющими четко их видеть с любого места в учебном кабинете, классе;
объекты иллюстраций на плакате должны изображаться в их естественных положениях;
изображения на плакате должны выполняться с соблюдением масштабных соотношений их частей, особенно если это относится к существенным деталям;
наиболее существенные детали изображений следует выделять окрашиванием. При этом не следует применять слишком яркие и контрастные краски;
надписи на плакатах должны выполняться достаточно крупным, четким шрифтом: не следует перегружать плакат текстом, тем более мелким;
при компоновке содержания плаката не следует помещать на нем большого (более 3—4) количества изображений;
в тех случаях, когда мелкие детали изображения имеют существенное значение, их следует сопровождать дополнительными изображениями в увеличенном виде;
при необходимости помещения на плакате значительного количества изображений, их следует располагать в последовательности изучения.
Экранные и экранно-звуковые средства обучения. Наиболее распространенным в практике обучения после учебных таблиц являются различные виды экранных и экранно-звуковых средств.
Систему экранных и экранно-звуковых средств обучения разрабатывают традиционно в рамках учебных предметов и межпредметных курсов. Исходные требования на их проектирование определяет прежде всего тематический состав этой группы пособий, обусловленный, с одной стороны, спецификой данного предмета, а с другой, своеобразием природных качеств аудиовизуального пособия, проявляющихся в определенных учебных ситуациях.
Диапозитивы достаточно гибки в использовании, дают возможность изменять последовательность демонстрации кадров и проводить неполный показ серии, так как каждый кадр является информативно целостным. Это дает возможность педагогу использовать серии диапозитивов сообразно своей методике и в различных учебных ситуациях.
Диафильмы. Это также статичные экранные СО. Изобразительный материал этих пособий имеет структуру, предусматривающую определенную последовательность кадров согласно заложенной автором методической идеи.
Изменение последовательности кадров в диафильме ведет к нарушению логической структуры его содержания, целостности восприятия информации. Дидактические свойства этого вида пособий реализуются при создании различных вариантов диафильмов: с доминантной иллюстративной, проблемной, инструктивной функцией; путем фрагментарного построения, либо целостно.
Большие затруднения в использовании диафильмов вызывает подчас их большая информативная насыщенность, иногда часто превышающая учебную программу и требующая дополнительного времени на уроке. Этот недостаток частично преодолевается при фрагментарном построении диафильма.
Транспаранты изначально использовались как заменитель классной доски. Поэтому ленточные фолии до сих пор весьма популярны и широко используются в учебном процессе. Преподаватель может, сидя лицом к учащимся, вести необходимые записи, поясняющие его объяснение, которые проецируются на экран. В этом случае он может по ходу объяснения наносить нужные изображения, руководить наблюдением учащихся, привлекать их к решению той или иной познавательной задачи (проводить сравнения, сопоставления, анализ, синтез, дополнять информацию в схемах или таблицах и т.д.).
Одним из вариантов предъявления информации с помощью транспарантов является наложение одного кадра на другой. Это позволяет не сразу, а постепенно передавать учащимся информацию, логическое завершение которой происходит с наложением последнего кадра. Таким образом, транспарантам присуща некоторая динамичность, которая особенно важна при формировании модельных представлений: строении вещества, устройства машин и аппаратов, показе строения живых объектов; демонстрации действия электрического тока, циклов работы ДВС, взаимодействия атомов и молекул, построении графических изображений и т.п.
Транспаранты выпускают обычно сериями, содержащими 6—8 кадров. Транспаранты могут быть изготовлены самим преподавателем и использованы согласно принятым им методическим приемам.
Учебное кино еще совсем недавно принято было считать самым наглядным средством обучения. Эта наглядность обусловлена богатыми дидактическими возможностями учебного кино: информативной плотностью, позволяющей сообщить больше информации в более экономной форме, чем словесное изложение; совершить экскурсию в историю науки и техники; показывать объекты, процессы, явления, недоступные для непосредственного наблюдения; ускорить или замедлить процесс, наконец, зафиксировать его; показывать с помощью модельных изображений и мультипликации внутреннюю структуру объектов и явлений; «раскрыть» для наблюдения заводские аппараты и установки, знакомить с новой инструментальной техникой управления, «проникать» в лабораторию ученого, исследователя, давать необходимый инструктаж по выполнению приемов и технике работы, наглядно сравнивать, сопоставлять, обобщать, ставить и разрешать проблемы.
В последние годы учебные кинофильмы не выпускаются. Им на смену пришла учебная видеозапись.
Учебная видеозапись позволяет интегрировать воедино средства отображения информации, ранее присущие отдельным экранно-зву-кивым средствам: кино, радио, телевидению, диафильмам, диапозитивам.
Кроме этого, может быть осуществлена запись любой телевизионной передачи в автоматическом режиме с таймером в отсутствие пользователя.
Видеозаписи представляют учителю и учащимся возможности содержательного отбора материала и его показа с учетом информационно-содержательных, временных параметров, организационных форм и методических приемов обучения. Немалые возможности представляют натурные съемки видеокамерой: региональные объекты, видеорассказы ученых и интересных людей, выполнения трудовых приемов и способов работы высококвалифицированных специалистов; видеоматериалы, полученные в процессе экспериментальных уроков: ответы учащихся, дискуссии, видеодоклады. Видеозапись, выполненная с телеэкрана в любое удобное для пользователя время, освободила преподавателя от жесткой привязанности к временным, содержательным и методическим параметрам телевидения.
Перспективной является разработка системы видеозаписи для профессиональной подготовки и повышения квалификации педагогов.
Однако учебная видеозапись кинофильмов и телепередач остается, как правило, лишь их копией, в которых не всегда учитываются дидактические возможности и специфика видеозаписи как особого вида аудиовизуальных средств. Не всегда видеозапись может стать равноценным заменителем учебного кино, особенно если процесс обучения осуществляется в больших аудиториях, где размеры телеэкрана оказываются явно недостаточными.
Тем не менее, сегодня можно констатировать, что видеозапись успешно вытесняет традиционные экранные средства. Небольшие размеры телеэкрана компенсируются новыми организационными формами использования видеозаписи в малых группах и при самостоятельном изучении материала, а также при наличии не одного, а нескольких телевизионных приемников в классах и аудиториях.
Для воспроизведения экранно-звуковых технических средств обучения необходима проекционная аппаратура: кинопроекторы, диапроекторы, графопроекторы, эпипроекторы, видеомагнитофоны, телевизоры. В настоящее время на смену известным техническим средствам приходит техника нового поколения, имеющая более широкий спектр дидактических возможностей. Среди них: компактные эпидиаскопы, проекторы с жидкокристаллическими панелями (ЖК-панели), обеспечивающие высокую разрешающую способность, естественные цвета, быструю смену изображений, а также различная оргтехника (лазерные указки, маркеры, доски, цифровые фотокамеры и др.). Так, например, с помощью ЖК-панели, размещенной на планшете графопроектора, подключенной к компьютеру или видеомагнитофону, можно получить изображение на большом экране. В зависимости от целей демонстрации могут быть использованы разные модели для статического или динамического изображения, цветного или монохромного.
Учебные приборы, установки, инструменты, лабораторные принадлежности для эксперимента и практических работ составляют существенную часть систем учебного оборудования.
Целесообразность отбора учебного оборудования предусматривает, прежде всего, выявление особенностей (способа) деятельности преподавателя и учащихся с этим видом средств и определение условий успешного ее протекания.
Компонентный состав этой группы учебного оборудования обусловлен прежде всего требованиями, предъявляемыми к организации различных видов (форм) учебного эксперимента, который с эргономических позиций может быть рассмотрен как экспериментально-практическая деятельность преподавателя и учащихся.
В дидактике учебного оборудования принята определенная классификация этой группы средств обучения.
В основу классификации положены такие признаки, которые наиболее важны для грамотного использования учебных приборов, инструментов, лабораторных принадлежностей.
Прежде всего, важно определиться, для кого предназначены те или иные приборы, инструменты: для преподавателя или для учащихся, т.е. определить их дидактическое назначение. По этому признаку данную группу учебного оборудования подразделяют на демонстрационное оборудование и лабораторное (раздаточный материал для учащихся). Однако важно знать, для выполнения каких именно специальных содержательных функций предназначено данное учебное оборудование, т.е. определить далее их функциональное назначение. Этот фактор обусловил выделение ряда приборов, установок, принадлежностей в группе специализированных приборов, которые, в свою очередь, могут быть подразделены по доминирующим признакам (измерение, использование электрического тока, нагревание, воспроизведение специфических явлений и др.) на измерительные, электрические, нагревательные узкоспециальные, оптические, прочие.
Важным является также и учет условий эксплуатации (режимов работы) этой группы оборудования, поскольку несоблюдение правил и норм эксплуатации приборов, инструментария может привести не только к дидактически неверному использованию этого оборудования, но к нарушению техники безопасности работы, режима или условий использования прибора.
И последнее: важно учесть также способ размещения приборов, установок, инструментов на рабочих местах преподавателя и учащихся. Поэтому различают оборудование стационарное и переносное.
Все эти признаки важны не только при педагогико-эргономическом проектировании и конструировании приборов, установок, инструментов, но и для определения оптимальных дидактических условий их использования в практике обучения, а также для создания правил техники безопасности.
Тренажеры составляют особую группу технических средств.
Тренажеры позволяют повысить эффективность формирования у учащихся производственных навыков управления технологическими процессами, определения причин неисправностей в технических объектах, выполнения и отработки сложных движений и т.д. В настоящее время самые разнообразные тренажеры используются при подготовке водителей автомобилей, операторов энергетических и химико-технологических установок, сварщиков и рабочих многих других профессий.
Тренажеры незаменимы в тех случаях, когда не представляется возможным целостное рассмотрение изучаемого объекта или явления (процесса) в реальных условиях.
Так, например, обучение на производственном оборудовании зачастую не позволяет расчленить деятельность учащихся на составляющие компоненты, чтобы они могли на определенных этапах осваивать их по отдельности. В ряде случаев ограничены возможности повторить приемы и операции, а иногда вообще невозможно обучение на реальном оборудовании из-за опасности его поломок, аварий и т.д.
Применение тренажеров обладает следующими преимуществами:
— способствует лучшей ориентировке учащихся при переходе от изучения теории на занятиях по спецтехнологии к овладению практическими действиями, активизирует процесс обучения;
—создает возможность приблизить учащихся к производственной обстановке, в то же время, исключая опасность аварий, поломок оборудования;
— позволяет задавать учащимся, повторять и варьировать нужные режимы работы и производственные ситуации в любой момент, что зачастую в производственных условиях невозможно;
— создавать (имитировать) сложные условия работы, в том числе аварийные ситуации, с которыми учащиеся при работе на действующем оборудовании познакомиться не могут;
— моделировать и прогнозировать помехи и неисправности до полного их устранения;
Тренажеры как средство, позволяющее моделировать технические объекты, производственную среду и соответственно деятельность учащихся, должны отвечать педагогико-эргономическим требованиям, предусматривающим оптимальное сочетание технических, психолого-физиологических, дидактических параметров. В классификационной системе они могут быть отнесены к моделям управляемых технических объектов, воспроизводящих или имитирующих с различной степенью точности их характеристики.
Важным фактором при создании тренажера является упрощение и расчленение осваиваемой учащимися трудовой деятельности с тем, чтобы обучение было продолжено в реальных производственных условиях. Поэтому в учебных целях должна моделироваться не вся производственная среда, не вся осваиваемая учащимися трудовая деятельность и не все операции, а только наиболее трудные в обучении и наиболее значимые, от которых зависит успех будущей самостоятельной работы учащихся. Однако чем больше модель приближена к реальным условиям выполнения операций, тем выше ее эффективность как средства обучения.
По конструкции и назначению применяемые тренажеры можно подразделить на три группы:
1.Тренажеры, моделирующие устройство и функции технических объектов, предназначенные для отработки приемов обслуживания и управления реальными объектами. К ним относятся, например, автомобильные тренажеры, тренажеры, моделирующие технологические установки химического производства, и т.д. Эти тренажеры, в свою очередь, подразделяются на тренажеры, воспроизводящие моделируемые объекты в тех же размерах, что и реальные устройства, и тренажеры, на которых обучение осуществляется путем выполнения упражнений в управлении действующими моделями технических объектов (уменьшенных размеров).
Тренажеры, моделирующие устройства и функции технических объектов, могут быть построены на принципах физического и математического моделирования на базе электронно-вычислительной техники.
В большинстве случаев используются тренажеры, представляющие собой физические модели. Под физической моделью подразумевается предмет, процесс, ситуация и др., обладающие рядом физических свойств, сходных с оригиналом, но отличающиеся размерами, массой и отсутствием второстепенных явлений и деталей. Например, автомобильный тренажер имитирует рабочее место водителя и «движение» по дороге (движущуюся дорогу).
2. Тренажеры, предназначенные для формирования умений учащихся, связанных с определенной интеллектуальной деятельностью.
Организуя упражнения на тренажере, важно ознакомить учащихся со специальным визуальным языком, способами кодирования информации: формой, размером, пространственной ориентацией, буквами, цифрами, цветом, яркостью, частотой мельканий, логограммами, знаками изображения, используемыми в дисплеях, различного рода индикаторах, экранах, табло. Это важно для специалистов самых разных профилей, например, для подготовки аппаратчиков (операторов) химических и нефтехимического производства. На тренажере, предназначенном для подготовки такого специалиста, имитируется нормальный технологический режим и характерные отклонения, в том числе аварийные ситуации. При выходе параметров процесса за допустимые пределы срабатывает звуковая и световая сигнализация. Учащиеся, получая по показаниям контрольно-измерительных приборов информацию о нарушении того или иного параметра, должны принять решение и возвратить процесс к нормальному режиму, что осуществляется при помощи вентилей ручного или ключей дистанционного управления. Тренажер позволяет также демонстрировать работу установки в автоматическом режиме. За правильностью действий учащегося можно следить по показаниям контрольно-измерительных приборов, а также по звуковой и световой сигнализации. Кроме того, действия учащегося фиксируются на диаграммах самопишущих приборов, что позволяет осуществлять контроль и самоконтроль.
Существенным достоинством тренажера является применение ускоренного масштаба времени. Дело в том, что изменения параметров реальных технологических процессов химического и нефтехимического производств происходят сравнительно медленно, и для того чтобы выполнить все упражнения в обычном масштабе протекания процессов, требуется в несколько раз больше учебного времени. Ускоренное же протекание модели технологического процесса делает более наглядными изменения его параметров.
Как показали исследования и передовой педагогический опыт, рациональным является следующее построение обучения на тренажерах: задание мастером (преподавателем) на тренажере определенной ситуации, режима тренировки; анализ учащимися содержания задания; определение состояния моделируемой на тренажере системы, выявление отклонений от нормы, их величины и характера; принятие учащимися решения и определения алгоритма приведения системы в норму; работа учащихся с органами управления тренажером по приведению системы в норму, отработка способов деятельности, текущий контроль состояния системы на основе данных информационной части тренажера; анализ мастером (преподавателем) и учащимися успешности упражнений по показателям контрольного пульта управления тренажером; обоснование учащимися действий, выполненных на тренажере, и полученных результатов.
3. УЧЕБНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ
средство обучение дидактика изображение
Учебно-производственные средства являются основой учебно-материальной базы производственного обучения, включающей учебно-производственные мастерские, их оборудование, вспомогательные службы.
Учебные (учебно-производственные) мастерские являются структурными подразделениями профессионального учебного заведения, предназначенными для производственного обучения учащихся по соответствующим профессиям и осуществляющим производственную деятельность на началах хозрасчета.
В учебных мастерских осуществляется формирование профессиональных навыков и умений учащихся в процессе изготовления продукции, выполнения производственных заказов, заданий по обслуживанию населения при непременном соответствии этих работ, заказов и заданий требованиям программ производственного обучения.
Здесь учащиеся приобретают навыки рациональной организации рабочего места; знакомятся с механизмами, инструментами, приспособлениями, необходимыми для выполнения работ; овладевают начальными навыками и умениями выполнения трудовых приемов, операций, способами выполнения работ комплексного характера; приучаются к производственной культуре, рациональному использованию учебного времени, соблюдению требований безопасности труда, производственной и технологической дисциплины.
Эффективность производственного обучения учащихся в учебных мастерских зависит от создания в них комфортной учебно-производственной среды, включающей компоненты-условия:
материально-технические: достаточная площадь; наличие, размещение и исправное состояние оборудования, инструментов, оснастки; нормальное обеспечение сырьем и материалами; качественное и своевременное техническое обслуживание оборудования; соответствие требованиям безопасности труда и пожарной безопасности;
санитарно-гигиенические: нормальное естественное и искусственное освещение; соответствие помещения учебной мастерской, его состояния и содержания санитарно-гигиеническим требованиям; оптимальный температурный режим, воздухообмен и вентиляция; минимально допустимый уровень запыленности, загазованности, шума; оснащенность санитарно-гигиеническими устройствами и средствами для оказания первой медицинской помощи;
эстетические: цветовая гамма окраски помещения и оборудования в соответствии с требованиями дизайна; озеленение; стиль и содержание оформления;
Производственное обучение в учебных мастерских учащиеся проходят на специально организованных рабочих местах.
Рабочее место учащегося, независимо от профиля и профессии, должно соответствовать следующим общим требованиям:
техническая исправность оборудования, наличие ограждений, заземлений, самовыключателей, защитных устройств, предохранителей и других средств безопасности работы учащихся;
достаточная освещенность рабочей зоны; обеспечение условий для наименее утомительной рабочей позы учащегося и наиболее экономных движений; оснащение в случае необходимости устройствами для работы сидя;
оснащение в случае необходимости аварийной сигнализацией или устройствами для дистанционной связи с мастером производственного обучения;
удобство для текущего обслуживания оборудования, очистки и уборки.
В учебной мастерской оборудуется рабочее место мастера производственного обучения, рациональная организация и оснащение которого необходимыми средствами обучения во многом определяют качество его педагогической деятельности.
Рабочее место мастера должно обеспечивать удобство, скорость и эффективность выполнения его функций по управлению учебно-производственным процессом; быть образцом научной организации, оснащения, оформления и содержания; обеспечивать нормальные условия для проведения коллективного инструктирования учащихся.
4. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ
В области развития учебно-материальной базы профессиональной школы будущего можно наметить несколько направлений, наиболее эффективно учитывающих потребности современного учебного процесса, направленного на развитие личности и ее индивидуальности:
возможность свободного доступа учащихся к различным источникам информации, в том числе удаленным базам данных, всем информационным ресурсам Internet, CD-ROM, пр.;
возможность различных видов деятельности с этой информацией, в том числе ее переструктурирование, монтаж, использование различных видов наглядности (вербальной, графической, звуковой);
— наличие интерактивных характеристик в соответствующих обучающих системах.
использование текстовых редакторов и издательских технологий (desktop publishing);
гипертексты и интерактивные мультимедиа;
Уже сейчас имеются решения создания радиоволновых компьютерных технологий, технологий виртуальной реальности, которые могут внести дополнительные и достаточно кардинальные изменения в существующие уже возможности информационных технологий. Но эти технологии, особенно виртуальной реальности, требуют очень тщательных исследований не только педагогов, но гигиенистов, психологов.
Актуальность создания этой группы средств продиктована не только их высокими технологическими возможностями, но, прежде всего, педагогическими потребностями развивающего обучения и повышения его эффективности, в частности, необходимостью формирования навыков самостоятельной учебной деятельности, исследовательского подхода в обучении; формирования критического мышления, культуры труда и др.
Достаточно указать только на некоторые дидактические возможности этих средств.
Так, например, при изучении предметов естественнонаучного и профессионально-технического циклов использование системы средств на базе НИТ, в частности, комплекта датчиков и устройств, сопрягаемых с персональными компьютерами, предоставляет обучаемому целый диапазон возможностей для исследования:
многократное повторение эксперимента или фрагмента; регистрация необходимых его параметров;
визуализация представлений и понятий различными формами предъявления изучаемого материала (графика, цвет, увеличение, динамика и др.);
— различные виды моделирования, в том числе с использованием экспериментальных результатов;
автоматизация обработки данных;
конструирование учебных роботов, имитирующих технические устройства и механизмы.
Прикладные программы различного назначения открывают перед пользователем широчайшие возможности познавательной деятельности в самых разных областях знаний, возможности творческой деятельности, поскольку ученик может не только работать с информацией, но и создавать собственные тексты, иллюстрированные графически и даже со звуковым оформлением, может решать самые разнообразные математические задачи, моделировать различные ситуации, экспериментируя в области естественнонаучного, экологического, экономического и гуманитарного знания.
Компьютерные телекоммуникации (электронная почта, телеконференции, аудио, видеоконференции, система Internet) расширяют возможности информационного обеспечения масштабами всего мира.
Технологии гипертекста позволяют работать с большими объемами информации, структурируя ее по своему усмотрению, используя не только текстовый материал, но и графический. С помощью технологий гипертекста или гипермедиа или, как ее еще называют, интерактивных мультимедиа, ученик может соединять не только вербальный материал, но и видео и звук, причем не только статичные образы, но и динамичные, используя так называемые гиперкарды (HyperCards) для Макинтошей или линквей (Linkway) для IBM.
И наконец, средства НИТ могут быть использованы в виде объективно-предметных и проблемно-ориентированных программных средств, например, различных баз данных, позволяющих осуществлять оперативный поиск необходимой учебной информации при изучении также и гуманитарных дисциплин.
Большие перспективы у дистанционного обучения на основе компьютерных телекоммуникаций.
Дистанционное обучение создаст возможность транслировать учебный материал наиболее высокого уровня и вводить в практику обучения педагогические инновации с привлечением их создателей.
Дистанционное обучение с помощью средств новых информационных технологий создаст предпосылки для повышения качества процесса обучения на основе использования компьютерной техники, для повышения информационной культуры современного общества Возможные виды организации дистанционного обучения:
передача «консервированного учебного продукта» с помощью компьютерных обучающих программ, видео- и аудиозаписей;
проведение занятий, в которых участвует несколько учебных групп и классов, расположенных в разных местах;
отдельные лекции или циклы лекций известных ученых, квалифицированных педагогов-методистов, учителей-новаторов;
обмен учебно-методическими материалами.
Использование телекоммуникационных сетей позволяет в кратчайшие сроки распространять передовые педагогические технологии, профессиональные знания в различных областях, формировать у учащихся коммуникативные навыки и умения работы с информационными источниками. Использование технологий мультимедиа позволяет сделать такое обучение достаточно наглядным. Сейчас даже кинофильмы, любые видеоизображения со звуковым сопровождением можно передавать по сети и «скачивать» из соответствующих информационных ресурсов Internet. Создание и использование технологии интерактивного видео (CD-ROM, лазерные диски) следует также отнести к перспективным направлениям развития учебно-материальной базы образования всех ступеней и уровней, в том числе и профессионального образования.
Важное место в разработке перспективных средств обучения отведено учебному оборудованию на базе электронной техники для проведения демонстрационного эксперимента и разноуровневых практикумов по курсам общеобразовательных и, технических предметов (приборы и комплекты раздаточного материала, компьютерные практикумы, электронные контурные карты, электронные атласы и энциклопедии, создаваемые на базе средств геоинформатики).
Технические возможности новых электронных технологий позволяют сместить акцент с описания качественных характеристик изучаемых явлений на количественные параметры, что повышает доказательность и научность проводимых исследований.
В целом можно указать на следующие специфические тенденции развития модернизируемых и вновь создаваемых систем средств обучения:
сокращение номенклатуры пособий (принципы комплектности, необходимости и достаточности);
расширение их функциональных возможностей (принцип полифункциональности) ;
создание условий для комплектования средств обучения и разработки систем СО (принцип комплементарности и комплексности);
разработка комплектов для самостоятельных занятий учащихся в том числе исследовательских и практических работ для разных уровней обучения (принцип вариативной дифференциации);
создание модульных (в том числе и компьютерных) комплектов специального назначения для специализированных и интегрированных практикумов, обеспечивающих внедрение новых технологии обучения (принцип модульности и интерактивности).
5. ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ И КОМПЛЕКСНОЕ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Ни одно из средств обучения в отдельности не может решить поставленные учебные задачи, даже если речь идет о современных мультимедийных средствах.
Отсюда важность методики комплексного обеспечения и использования средств обучения в учебном процессе, которой в совершенстве должен владеть педагог, использующий данную систему. Что же понимается под комплексным использованием средств обучения?
Комплексность отражает научный подход к планированию, разработке, созданию и использованию оптимальной системы (комплекса) средств обучения, необходимых для полного и качественного профессионального обучения, в рамках времени и соответствующего содержания обучения.
При определении критериев комплексности обеспечения учебного процесса средствами обучения необходимо исходить прежде всего из требований учебных программ.
Комплекс средств обучения должен охватывать все основное содержание программного материала. Комплексность в данном случае выражается в том, что изучение каждого узлового вопроса содержания обучения по каждой теме учебной программы должно быть обеспечено необходимым оптимальным минимумом средств обучения.
Комплексный подход к обеспечению процесса обучения требует, чтобы средства обучения в комплексе способствовали реализации обучающей деятельности педагога и учебной деятельности учащихся.
Процесс обучения выполняет три основные функции: образовательную, воспитательную и развивающую. Комплексность в дидактическом обеспечении учебного процесса предполагает реализацию через средства обучения всех основных функций педагогического процесса.
Кроме того, при выборе средств обучения необходимо учитывать предъявляемые к ним эргономические, гигиенические, экологические требования, а также требования безопасности использования в учебном процессе.
Учет этих фактов-критериев в комплексе определяет комплексность в оснащении учебного процесса средствами обучения, комплексное их использование, обеспечивающее эффективное решение учебно-воспитательных задач. Это отражено на рис. 1.
Эффективность комплексного использования средств обучения во многом зависит от рациональной методики их применения. В реальном учебном процессе такая методика определяется преподавателями и мастерами производственного обучения, исходя из их опыта и педагогического мастерства, содержания учебного материала, состава учащихся, условий процесса обучения и др. Вместе с тем, можно выделить некоторые общие условия использования наглядных пособий, технических и других средств обучения, реализация которых может обеспечить эффективное их применение в учебном процессе: