Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Образование как вид коммуникации

 

Эта глава рассматривает образование с точки зрения характерных для него основных коммуникационных функций. Затем мы проследим, каким образом в аудитории осуществляются эти функции и как информационные технологии могут быть здесь использованы для улучшения работы.

Образование — широкий термин, включающий в себя передачу знаний, навыков и воспитание детей. Под образованием также подразумевается обучение без участия преподавателя, с помощью заочного преподавания или самоучителя. Несмотря на все вышесказанное, главным местом, где происходит обучение, является класс.

Коммуникация в классе — развивающаяся область исследований, включающая в себя межличностные, личностные, групповые и культурные способы общения в классных помещениях. Она изучает как вербальные, так и невербальные виды коммуникаций в классе. Уделяется также внимание таким трудностям коммуникации между учащимися, как коммуникативное понимание, отсутствие навыков восприятия на слух и проблемы самовыражения.

Можно ли, используя весь потенциал информационных технологий, создать коммуникационную систему обучения более эффективную, чем класс? Если мы будем рассматривать классное помещение как средство общения и попытаемся на основе информационных технологий создать механизм более совершенный, традиционные методики исследований, теории коммуникаций и воспитания будут нас ограничивать. Они описывают и объясняют уже существующее, а не возможное. Однако наиболее подходящим здесь может стать использование методов и теоретических структур, заложенных в основе самой информационной технологии. Необходимо найти способ, позволяющий объединить возможности информационных технологий с точки зрения коммуникационной и образовательной теорий. Пока же профессионалы, работающие в этих трех сферах, напоминают слепых мудрецов, пытающихся определить, как же выглядит слон, лишь касаясь его.

Поскольку индустриальное общество превращается в информационное, обыкновенные системы коммуникации становятся информационными. Если раньше коммуникация основывалась на контактах с помощью бумаги или личных встреч в определенных местах, то теперь для общения мы все чаще используем средства информационных технологий. Прежде общество зависело от транспортных систем, обеспечивавших доставку людей и документов, а в настоящее время оно все больше зависит от телекоммуникаций, передающих необходимую информацию. На заре своего развития информационные технологии использовались лишь для облегчения обычных коммуникаций. Телевидение заменило театр в жизни многих людей. Телефонный разговор избавил от необходимости куда-то ехать и встречаться с кем-то лично. Но происходящие сегодня изменения гораздо серьезнее. Это изменения в самой системе коммуникаций.

Возьмем в качестве примера банковское дело — обычную коммуникационную систему, мало изменявшуюся на протяжении столетий. Люди ездили в банки, чтобы совершить некие операции с деньгами, существовавшими в основном в виде информации на банкнотах и чеках. Первоначально контакты осуществлялись либо в самом банке, либо по почте. Банки одними из первых начали использовать компьютеры, выполнявшие в то время лишь вспомогательные функции по накоплению и обработке информации. Сегодня компьютеры подсоединены к телекоммуникационным банковским системам, для обслуживания клиента используются банковские карточки, и все операции осуществляются непосредственно с его счета. Автоответчики заменили секретарей. Кредитные карточки имеют хождение по всему миру. Банковское дело превратилось в информационную систему. То же самое происходит на промышленных и коммерческих предприятиях, везде, где существует организованная коммуникационная система. Образование тоже является таковой, и, в свою очередь, оно должно претерпеть изменения. Этот переход неизбежен, поскольку задача образования — готовить людей к жизни в информационном обществе.

 

Рис.1. Коммуникационные системы

 

В случае если информационная технология используется в области обычной коммуникации, прибегают к системному анализу, состоящему в осмыслении того, как коммуникация, рассматриваемая как некая система, может быть усовершенствована с применением информационной технологии. В условиях обычного, традиционного общения люди редко придают большое значение характеру контактов между собой. Для них это — нечто обыденное, повторяющееся, ставшее привычным, и хотя вопросы, ставящиеся при системном анализе, обычно просты и очевидны (например: “Какова цель коммуникационного процесса?”), они заставляют тех, к кому обращены, вновь задуматься над природой собственных действий. Именно в этом и состоит задача данной главы — представить образование как коммуникационную систему, чтобы затем понять, каким образом информационные технологии могут поднять его эффективность. С этой позиции мы и начнем изучение природы образования.

1.1 Что такое образование?

 

Это нечто врожденное или это то, что в нас воспитывают большую часть жизни? Здесь мнения изучающих образование разделились. Конечно же, и генетическая наследственность, и окружающая человека среда вносят свой вклад в процесс воспитания. Но вопрос о том, что же в действительности является основой формирования личности, становится правовой и политической проблемой нашего времени. Является ли существование насильников, антиобщественных элементов, безработных следствием генетической предрасположенности, или отсутствия родительской опеки, или характера просмотренных ими телепередач, или ошибок школьных учителей?

Даже если окажется, что генетический фактор играет решающую роль в формировании личности, конкретным способом подготовки человека к занятию своего места в обществе остается создание эффективной коммуникационной системы образования для всех, кто в ней нуждается.

Одним из сторонников теории решающего влияния среды в образовании был Л. С. Выготский, чьи работы вызвали в последние годы большой интерес. Его концепция зоны ближайшего развития (ЗБР) позволяет рассмотреть обучение как коммуникационный процесс.

Зона ближайшего развития

 

Выготский определяет ЗБР так: “Дистанция между настоящим уровнем развития, обусловленным способностью самостоятельно решать задачи, и уровнем потенциального развития, определяемым способностью выполнять задания под руководством взрослых либо более опытных ровесников”. Говоря упрощенно, ЗБР — это разница между тем, что человек способен сделать самостоятельно, и тем, что может выполнить с помощью более опытных людей. Для оказания такой помощи и существует система образования. Понятие ЗБР позволяет рассматривать образование вне рамок школы и класса. ЗБР отвечает на вопрос: “Какова задача образования?”, утверждая, что это — оказание помощи обучающемуся, позволяющее ему выйти на такой уровень развития, которого он не в силах достичь самостоятельно.

Выготский изучал теорию образования как один из основных видов человеческой деятельности.

Концепция ЗБР подразумевает, что любая система образования включает в себя людей-учителей и людей-учеников, а также коммуникационный процесс между ними, позволяющий преподавателям помогать учащимся выполнять задания, с которыми те не могут справиться самостоятельно². Кроме того, “выполнение заданий под руководством... либо при участии” означает наличие практики и обратной связи, а также динамическую двустороннюю интерактивную коммуникацию между учителями и учащимися. Чего не мог знать Выготский, живший в предкомпыотерную эру, — это того, что наставником ученику вовсе не обязательно должен быть человек. Как и не мог предполагать, что развитие телекоммуникаций, как и вычислительной техники, может означать, что учитель, человек он или нет, может находиться где угодно и контактировать с учеником лишь в виртуальном смысле.

Выготский думал о развитии способностей у детей. Сегодня образование понимается скорее как процесс, длящийся на протяжении всей жизни, чем как подготовка ребенка к взрослой жизни. Концепция ЗБР соответствует такой трактовке, и большинство новых последователей Выготского пытаются найти ей более широкое применение. Еще одно направление дальнейшего развития идей Выготского, достаточно важное для новой парадигмы образования, — понятие о процессе преподавания как о коллективной деятельности, а обучения — как групповой. Этой темой занимался коллектив под руководством М. Коула в проекте “Пятое измерение” при Лаборатории сравнительного изучения человеческого знания в Сан-Диего. В различных юношеских центрах дети в группах постигают сложности компьютерных обучающих игр. Учащиеся представлены образами, существуют в особом мире с его собственными правилами, которые им необходимо изучить, чтобы справиться с задачами различных уровней сложности. Этот метод является развитием идеи Выготского о классе как средоточии взаимодействия “учитель—ученики”. Он опирается на “социальную нейтральность” обучения и представляет собой попытку использовать простую, основанную на компьютере виртуальную реальность для поисков новой образовательной парадигмы. Образование — это не просто процесс взаимодействия людей в ролях учеников и учителей. Это еще и взаимодействие между знанием проблем и способами их разрешения в контексте данной культуры. Процесс “выполнения задания”, как монета,

имеет две стороны: “задание” и “знание о том, как выполнить задание”. Проблемы в области здоровья, социальных контактов, одежды, жилища, а также территориальные конфликты присутствуют у всех народов. Существование этих вопросов заставило представителей различных культур искать способы их разрешения, со временем вросшие в образовательные институты. Культура — способ контакта общества с окружающим миром, а образование — процесс, в ходе которого осваиваются все устоявшиеся, аккумулированные знания.

1.3 Четыре основных фактора образования

 

В своей теории ЗБР Выготский выделяет три фактора, обусловливающих образовательный процесс:

• некто выступает в роли обучаемого;

• некто выступает в роли учителя;

• нечто составляет задачу, которую обучаемый пытается решить с помощью учителя.

Косвенно существует и четвертый фактор — теория — сведения, необходимые для выполнения задания. Нам представляется, что именно взаимодействие этих четырех факторов — ученика, учителя, теории и задания в конкретном контексте — составляет основной коммуникационный процесс, именуемый образованием. Без наличия всех этих факторов процесс обучения невозможен, но совокупность этих факторов существует лишь на определенном отрезке времени, необходимом для приобретения учеником навыков в решении конкретных задач. Когда человек “знает”, как “выполнить задание”, он больше не нуждается в “учителе” и не является больше “учеником”. Уже нет ЗБР. С этой точки зрения “теория” существует только по отношению к определенной категории “заданий”, и роль учителя существует только в отношении того, кто принимает роль ученика в рамках определенной категории заданий. Упомянутые четыре фактора могут приобретать различные формы и могут существовать на разных уровнях сложности.

Пример 1

На доске написана задача, которую пытается решить группа учеников. У них есть учебник, в котором содержатся сведения, необходимые для решения, в классе находится учитель, чтобы помочь им справиться с заданием. В этом случае все четыре фактора имеют конкретное воплощение. Конечно, если в учебнике не содержится необходимой информации учитель не подготовлен для преподавания предмета, а ученик не хочет научиться решать ту задачу, что написана на доске, — факторы взаимодействовать между собой не будут и, следовательно, процесс образования не пойдет.

Задание не обязательно должно быть написано на доске. Оно должно быть сформулировано в мозгу учителя. Учитель может изложить его ученикам и в устной форме. И в этом виде его также зафиксирует мозг учеников. Сведения, необходимые для выполнения задания, содержатся в уме учителя, так же как и в учебнике. Учитель может передать их ученикам в ходе объяснения. Теперь ученикам предоставлены и задание, и теоретический материал, необходимый для его выполнения, но они не знают, как все это совместить. Учитель использует доску для решения задач. Ученики улыбаются и кивают, когда улавливают связь. Учитель приводит еще несколько аналогичных примеров, чтобы убедиться, что ученики все поняли, и ЗБР испаряется. В том, что касается этого типа задач, ученик уже не является учеником, а учитель — учителем, потому что обучаемые уже знают, как справиться с такими задачами.

Пример 2

Группа учащихся изучает коллективную работу в телестудии по созданию видеопрограммы. Ими руководят профессиональные работники студии, в данном случае выступающие как коллектив преподавателей. Каждый обучающийся выполняет в студии определенную роль — ведущего, оператора, выпускающего, технического директора и др. Они выступают в качестве коллектива, снимающего короткий видеосериал.

Кроме того, что каждый из обучающихся по очереди должен получить различные навыки, такие, как выступление перед камерой или управление ею, они должны научиться работать в “команде”, т. е. научиться решать групповые задачи. Коллектив преподавателей кроме оказания помощи каждому из студентов также учит их взаимодействовать друг с другом, добиваться согласованных действий. Задача состоит в том, чтобы научиться эффективно, использовать пространство и оборудование студии для записи видеопрограммы. Необходимая информация об этом содержится в учебнике, который студенты изучали перед практическим занятием, обладает ею и коллектив студии. Хотя обучающиеся знают, с чего начать, задача для них очень непроста. В качестве группы они представляют собой ЗБР и нуждаются в помощи профессионалов. В ходе выполнения практикантами различных заданий происходят изменения. К моменту, когда каждый из них исполнит все предложенные ему роли, помощь преподавателей им больше не требуется. Что-то подобное обучению езде на велосипеде произошло на уровне коллектива. Хотя еще есть чему поучиться, основные навыки по координации различных действий приобретены. Обучающиеся знают, как произвести запись видеопрограммы в студии.

Пример 3

В 1964 г. Эфиопия решила перейти от левостороннего движения к правостороннему. Направление дорожного движения — проблема, касающаяся каждого в стране. Как пешеходы, так и водители должны соблюдать правила. Обычно люди обучаются правилам дорожного движения индивидуально, но в этом случае вся страна должна переобучиться за сутки. Ведь такие изменения нельзя вводить поэтапно. Задача состояла в том, чтобы научиться ездить по противоположной стороне дороги и приспособиться к новому направлению дорожного движения. Обучалось все население страны, большинство которого было неграмотным. В роли учителей выступили группа иностранных советников и эфиопы из Королевского дорожного управления правительства Хайле Селассие, детально знавшие, что необходимо сделать для решения этой задачи. За много недель до нововведения они начали проводить общенациональную кампанию с использованием радио и средств наглядной агитации. Активисты этого движения были направлены на каждый рынок, в каждую школу, в каждое многолюдное место. Таким образом, знания правительственного управления дорожного движения были переданы целой нации. Несмотря на прогнозы, предвещавшие неслыханное количество дорожных происшествий, при переходе на новые правила не произошло ни одного несчастного случая. То, что являлось задачей (население не знало правил правостороннего движения), стало знанием (население узнало их), и страна в этом смысле перестала быть учеником и не нуждалась больше в учителях. Исчезла ЗБР в масштабе целого народа.

Эти примеры призваны проиллюстрировать, что образование существует на различных уровнях. Но каким бы ни был уровень, для взаимодействия четырех факторов образования необходим коммуникационный процесс.

Что такое коммуникация

 

Существуют три важнейшие коммуникационные функции — передача информации в пространстве, сохранение информации во времени и обработка информации в целях ее воспроизведения.

Передача

Основное представление, возникающее при упоминании коммуникации, — это передача информации в пространстве. Передача информации из одного места в другое требует энергии. Речь передается посредством звуковых волн, зрительные образы возникают при помощи светового излучения, в телефонных системах используется электроэнергия. Коммуникация как энергия является физическим законом, управляющим энергией. Первым, признавшим этот факт, был К. Шеннон. Как и Выготский в теории образования, он дает определения основополагающих факторов для изучения коммуникации в общепринятых терминах.

К. Шеннон утверждал, что важнейшей проблемой коммуникаций является воспроизведение содержания информации, переданной из одного места в другое, по возможности верно. Он проиллюстрировал путь прохождения информации через пространство с помощью схемы, не раз воспроизводившейся в статьях и книгах во всем мире. Благодаря своей простоте и очевидности она настолько укоренилась в представлении людей о коммуникации, что все представляют ее как линейное действие, имеющее начало и конец, источник и адресата.

Рис. 2. Модель коммуникационной системы по Шеннону

 

Шеннон создал свою модель, работая в исследовательских лабораториях телефонной компании “Белл”. Прежде всего, она относилась к телекоммуникационной системе. Такая система имеет вход информации в одном месте и выход в другом. Она передает информацию настолько быстро и качественно, насколько это возможно. Во времена Шеннона телефоны зачастую работали с помехами, затруднявшими слышимость, особенно при междугородных разговорах. Шеннон придавал особое значение термину “помехи”, обозначавшему у него нечто сопутствующее передаче и ухудшающее ее качество. Хотя современные телекоммуникационные системы значительно усовершенствованы, и физические помехи сильно уменьшены, совсем они не исчезли. Шумы — серьезная техническая проблема использования городских телефонных сетей в образовательных целях. Существуют и другие виды помех, основанных на том, что не бывает ни людей, одинаково воспринимающих одно и то же событие, ни ситуаций, повторяющихся дважды. Помехи — термин семантический, если адресат не понимает смысла полученного сообщения, синтаксический — если грамматика послания неверна, прагматический — если цель послания непонятна.

Схема Шеннона описывает основной элемент в цепи передачи сообщения на расстояние — полудуплексную диаду (рис. 3). Шеннон провел математический анализ коммуникационной функции на этом основополагающем уровне. У. Уивер, ознакомившись с оригинальной публикацией Шеннона, описывающей математическую теорию коммуникации, решил, что речь идет об общей теории коммуникации, и написал к следующей публикации соответствующее предисловие. В результате работы Шеннона были изданы, подверглись всестороннему обсуждению и частично приняты в качестве общей теории коммуникации. Это и привело к ограничениям в изучении явлений коммуникаций. То, что было ключом к комнате в доме, ошибочно приняли за ключ ко всему зданию. Исследователи коммуникации использовали модель Шеннона для рассмотрения макроявлений на микроуровне. Пожалуй, самый устойчивый образ образовательного процесса для нас — образ учителя, дающего объяснения ученику. Как обманчиво просто было бы перевести это представление в рамки модели Шеннона, где учитель выступает в качестве источника, ученик — получателя информации, а трудности обучения объясняются наличием помех (рис. 2).

 

Рис. 3 Полудуплексная диада; одностороння связь между двумя точками, которые можно определить как источник и приемник информации

 

Рис. 4 Полная дуплексная диада.

 

Шеннон анализировал минимальную коммуникационную функцию — передачу сообщения на расстояние. Превратите его полудуплексную диаду в полную (с двусторонней коммуникационной связью) или представьте ее как часть более сложной сети –источник сообщения одновременно является и ее получателем – и коммуникация станет сложным процессом.

Звездообразная круговая сеть с пятью точками a,b,c,d,e. Диада аb представляет собой модель Шеннона, где a – источник, b – получатель. Если рассмотреть всю систему в целом, то а может быть получателем для d, а также и источником и получателем для точки с:

 

Рис.5. Звездообразная круговая сеть

Представим, что сеть a , b , c , d , e — школьная телефонная сеть. Точка с — коммутатор, соединяющий школьную сеть с местным ответвлением городской сети. Та, в свою очередь, должна иметь подстанцию соединения с основной сетью, и основная точно так же подсоединяется к международной. Так образуются межсетевые связи. И это только при рассмотрении взаимосоединений телефонных линий, являющихся лишь одним из видов коммуникационных систем, используемых человеком. А еще есть автомобильные, железнодорожные, морские и воздушные сети транспортных сообщений, позволяющие людям преодолевать расстояние и встречаться друг с другом.

Сложность возможных межсетевых связей невообразима, и. пожалуй, для изучения коммуникации на макроуровне больше подойдет теория сложности, чем теория Шеннона, где представление об учителе и ученике как источнике и получателе знаний выглядит очень упрощенной. Преподаватели и учащиеся — точки в сетях классных помещений, соединяющихся со школьной сетью, которая в свою очередь входит в сеть учебных заведений района, является частью областной системы образования, связанной с общенациональной системой. Каждый учитель или ученик — это только точка в семейных, религиозных, политических и прочих сетях. Сетевая деятельность в классе имеет массу связей со сложной цепью сетей, где поток информации не обязательно строго регламентирован. Не существует двух одинаковых уроков, и процесс коммуникации в классе чрезвычайно сложно описать.

Хранение

Второй функцией коммуникации является хранение информации во времени. Классический пример — преподаватель читает учащимся лекцию, а те тщательно ее конспектируют. Информация, передаваемая с помощью звуковых волн, фиксируется в виде чернильных знаков на бумаге. Информация из энергии превращается в вещество. В этом случае способ хранения информации — это фиксация ее в каком-либо неисчезающем веществе.

Одной из причин, почему учащиеся делают заметки, является тот факт, что им известно об ограниченности возможностей человеческого мозга как системы хранения информации. Студентов регулярно контролируют и экзаменуют, и большинство из них убеждается, что существуют индивидуальные ограничения объема запоминаемой информации, продолжительности ее хранения в мозгу и точности последующего воспроизведения. Это общепринятое представление об обучении и памяти характерно для всех, кто получал образование в традиционной школьной системе. Такое убеждение глубоко укоренилось в обществе, где система образования строится на оценке способности индивидуума иметь стабильную и продолжительную память и выделении тех, кто отличается выдающейся памятью или способен упорно повторять и повторять материал до полного его запоминания. Г. Эббингаус осуществил научную проверку связи памяти и обучения. Он провел серию экспериментов на самом себе, предусматривавших длительные лабораторные исследования возможностей памяти. Он заучивал целые куски не имевшего смысла текста, через какое-то время проверял запоминание, и в результате оказалось, что со временем способность запоминать слабеет. Он также проверил результативность повторного заучивания через различные промежутки времени и продемонстрировал, что запоминание улучшается с каждым повторением.

В течение сотен лет во всем мире студенты-первокурсники на первых лекциях стараются записывать все подряд. Им не известно, запоминание чего от них потребуется, что у них будут проверять, и потому они не рискуют и стараются заучивать все. Здесь, как и в эксперименте Г. Эббингауза, слышится отголосок некритической эйдетической памяти детских лет, памяти, которую часто называют “фотографической”. С. Роуз пишет: “Многие, если не все маленькие дети, видимо, видят и запоминают эйдетически, но с возрастом эта способность теряется”. Он также размышляет о драматичности изменения природы памяти с достижением зрелого возраста, когда эйдетическая память у человека исчезает:

“Сознательно или неосознанно, но из всего многоцветья, шума и суматохи окружающей нас среды мы выбираем только определенную информацию, необходимую для запоминания. И помогают в этом отборе вырабатываемые нами блокирующие или фильтрующие механизмы, не позволяющие новой информации загромождать нашу память. Можно предположить, что для младенца вся получаемая информация имеет равное значение. Но при этом задействован и сложнейший механизм классификации, позволяющий регистрировать и выстраивать в сознании полученные сведения таким образом, что это дает возможность каждому индивидууму вырабатывать собственные критерии значимости явлений. В это время эйдетическая память, не оценивающая значимости поступающей информации, жизненно необходима, так как предоставляет широчайшие возможности для анализа входящей информации. Но, вырастая, мы учимся выбирать то, что в действительности важно”.

Так и студенты, перейдя на второй курс, начинают конспектировать общий смысл лекций, а не просто слова. Это уже их собственные комментарии и структурирование области знаний, являющейся предметом лекции.

Западное образование отрицательно относится к зазубриванию. Это по-детски, как и в случае с эйдетической памятью, — запоминать все без разбору. В современном представлении наибольшее значение для образования имеет селективная память, позволяющая выстраивать собственную схему знаний. Хотя само по себе это и не верно. Есть и коллективная память, существующая независимо от отдельной личности. В культурах, не имевших письменности, заучивание применялось для сохранения и передачи коллективной памяти племени. Искусственная память, тоже используемая в качестве коллективной, стара как сама история. В классе, до того как начнется запоминание, присутствуют учебники, тетради, видеокассеты, аудиокассеты, компакт-диски, содержащие задания и сведения, необходимые для их выполнения. Широко развивается компьютерная память. Мы наблюдаем возрастающую роль искусственной памяти как альтернативы памяти биологической. С. Роуз объясняет важность этого:

 

Рис.7. Типы коммуникационного хранения информации

Обработка

Компьютер, мозг и солнечные часы — все это системы обработки информации. Обработка в коммуникационном процессе — это создание изменений в одном из узлов сети, дающих новую информацию. Это происходит при соединении передаваемой информации с хранящейся. Результатом является производство новой информации, отличающейся от и входящей, и от хранящейся, которые ее породили. Вновь произведенная информация может сохраняться и/или передаваться.

Интуитивные модели нашего мышления при взаимодействии памяти и восприятия, новой информации, передаваемой чувствами, и информации прошлого опыта подобны работе солнечных часов. Результатом этого взаимодействия является производство новой информации. К. фон Вайцзекер дал такое определение: “...информация — это то, что производит информацию”.

Солнечные часы — простейшая коммуникационно-обрабатывающая система. Они имеют оцифрованный циферблат — это запрограммированная память. Солнечный луч сталкивается с гребнем, который отбрасывает тень. Так пересечение входящей информации с хранимой создает новую информацию — часы показывают время.

В мозгу каждого человека образование новой информации происходит по своим индивидуальным законам. Человеческая память основывается на уникальном запасе опыта и индивидуальных умственных способностях. Информация, воспринимаемая индивидуумом, даже если это сообщение масс-медиа, каждый раз является неповторимой в силу изменчивости условий, в которых она воспринимается, и количества сопровождающих ее помех. Столкновение уникальной информации с уникальной памятью выражается в образовании уникального выхода информации. Люди — часть нескончаемого потока информации. Взаимодействуя с этим потоком, мы в результате внезапно изменяем его так, что вниз по течению, во времени, вещи меняются.

Рис. 8 Коммуникационная обработка информации возникает, когда передаваемая информация вступает в контакт с хранимо. Результат – новая информация – может храниться и/или передаваться.

 

Компьютеры могут обрабатывать уже имеющуюся и производить новую информацию. Наука стремительно продвигается к разгадке тайн Вселенной благодаря информации, выдаваемой суперкомпьютерами. Способность компьютера обрабатывать данные запрограммирована в нем человеком, он, так же как циферблат и солнечные часы, является результатом человеческой изобретательности. Но не запрограммированы ли в свою очередь люди? Что такое обучение и образование, если не программирование? Образование можно рассматривать как процесс программирования людей людьми. Но так ли будет это в будущем? Дети уже сегодня используют машины для приобретения навыков счета. Но разве тогда они уже не запрограммированы машинами?

Мы попытались описать обработку коммуникационной информации на примерах работы солнечных часов или компьютеров. Это все равно, что применить схему Шеннона к описанию оперного выступления г-жи Кири Теканава. Рассмотренное выше не объясняет адекватно сложности процесса мышления человека и способности, называемой разумностью.

Обычные системы образования основываются на характерных для человека способах передачи информации, человеческой памяти и процессах обработки информации — мыслительной деятельности в ходе обучения. Но многие, возможно, согласятся, что в будущем можно будет использовать в образовательных системах информационные технологии как вспомогательную память. И, пожалуй, не откажутся от использования несложных систем обработки информации для целей обучения, таких, например, как обучение с помощью компьютера (ОПК).

Создали ли мы уже или способны создать в ближайшем будущем искусственный разум — вот один из самых дискутируемых академических вопросов нашего времени. С одной стороны, существует группа людей, которая, как М. Мински, доказывает, что искусственные разумы будущего будут в лучшем случае держать нас в качестве домашних любимцев. С другой стороны, есть Дж. Серл, Р. Пенроуз и Дж. Эдельман, которые утверждают, что машины никогда не будут обладать разумом. Дискуссии не хватает ясного определения предмета спора, потому что разум — неуловимое свойство человеческого мозга, которое, как и сознание, мышление и память, не поддается определению и познается лишь на основе личного опыта. Даже если искусственный разум уже соперничает с человеческим или даже в чем-то превосходит его, он продолжает развиваться в направлении, кажущемся разумным людям.

Виртуальная реальность

 

В последнем десятилетии XX в. по миру распространяется новая невиданная технология, которую называют “виртуальная реальность”. Такое впечатление, что именно она должна стать определяющим фактором развития в следующем тысячелетии. В настоящее время виртуальная реальность для большинства людей ассоциируется со специальным шлемом и перчаткой, которые способны погрузить надевшего их человека в фантастический мир компьютерной графики. Сравнивать нынешние представления о виртуальной реальности с тем, на что она будет способна к концу следующего века, — это все равно, что сравнивать первые примитивные эксперименты с герцевыми волнами с современными технологиями спутниковой связи. Виртуальная реальность в том виде, какой она имеет сейчас, не представляет собой серьезной альтернативы традиционной учебной аудитории как системе общения, направленной на усвоение знаний.

Такой альтернативой она может стать лишь в следующем веке, когда технология создания ВР станет настолько совершенной, что возникнет настоятельная потребность в ее внедрении. Поэтому на данном этапе мы можем только попытаться определить, что такое виртуальная реальность, и понять, какими могут быть перспективы ее будущего применения в системе просвещения. Только после этого мы сможем предположить, какие изменения в самой природе и фундаментальных основах процесса образования произойдут при использовании этой технологии в целях обучения.

Виртуальная реальность развивается в совокупности с определенным набором других технологий, каждая из которых в отдельности обладает способностью уже в следующем столетии полностью изменить картину окружающего нас мира. Та виртуальная реальность, которую мы собираемся рассмотреть, — это основанная на использовании компьютера технология, пределы развития которой не поддаются прогнозированию. В связи с этим напрашивается ряд вопросов, наиболее остро вставших в настоящее время: до какой степени и в какой форме технология компьютерной обработки информации способна генерировать искусственный интеллект (ИИ)? Будут ли созданные компьютерами виртуальные реальности населены существами, обладающими искусственным интеллектом? Смогут ли эти реальности сами стать продуктом искусственного интеллекта, который будет разрабатывать их и потом принимать решение, что с ними дальше делать? Виртуальная реальность будет привязана к проводным и беспроводным системам дальней связи. В настоящее время технология создания таких систем претерпевает коренные изменения, которые получат свое конкретное воплощение в следующем веке. Сейчас создаются информационные супермагистрали. Вскоре они вступят в строй, и это в значительной степени расширит возможности телекоммуникационных систем. В настоящее время они нашли свое применение в системах демонстрации видеофильмов по заказу, а также в обеспечении доступа к новым видам информационных услуг. В будущем они будут устанавливать связь между людьми посредством виртуальных реальностей.

Существует еще одна технология, имеющая непосредственное отношение к виртуальной реальности. Она находится в зачаточной стадии своего развития и называется “нанотехнология”. По убеждению Э. Дрекслера, суть ее состоит не только в тенденции к простой миниатюризации технических устройств. Можно будет говорить о настоящей технологической революции, когда человек станет способным создавать машины и компьютеры, а также управлять ими на молекулярном уровне. Именно в этот момент существование тотальной, реалистической среды виртуальной реальности станет действительно возможным.

Виртуальная реальность не есть нечто новое. На протяжении веков человек стремился получить доступ к ней. То, что мы будем называть создаваемой компьютером виртуальной реальностью (КВР), — это всего лишь новый способ делать то, чем люди уже занимаются на протяжении длительного времени. Познание действительности, которая кажется реальной, но на самом деле таковой не является, так же старо, как мечты, и люди пытались применять различные технологии осуществления этого процесса с тех самых пор, когда они начали рисовать на стенах пещер и употреблять действующие на сознание наркотические вещества.

Язык может вызывать в сознании образы явлений, не существующих в реальном мире, так же, как это делают волны видимого спектра, испускаемые экраном телевизора, или танцующие сполохи пламени костра. Отличие технологии ВР состоит в том, что с ее применением виртуальные реальности начинают вырабатываться компьютером, в отличие от тех виртуальных реальностей, которые создаются текстом, изображением или химическими препаратами и которые стали уже привычными для нас. Вопрос состоит в том, может ли КВР с точки зрения процесса обучения составить альтернативу тем технологиям ВР, которые представлены книгами и изображениями, используемыми в традиционной учебной аудитории.

 

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.

Формирование шаблона

Три вышеописанные формы проведения телеконференции могут пересекаться и взаимодействовать друг с другом.

Аудиоконференция оказывает существенную помощь при обучении по переписке, видеоконференция взаимосвязана с ОТВ, а аудиографическая конференция — с использованием компьютеров в системе образования. По мере все более тесного сближения трех форм проведения телеконференции они интегрируют в себе весь накопленный ранее опыт применения телекоммуникационных технологий в процессе обучения. Следует отметить, что аудио- и видеоконференции также имеют взаимосвязь с мультимедийной компьютерной техникой.

Термин “мультимедиа” изначально использовался для определения сочетаний различных типов отображения информации, таких, как звук, слайды, различные виды изображений и компьютерное видео, в рамках одной программы. Под термином “мультимедиа” подразумевалось “интегрирование каждого канала и формата канала в структурированной систематической презентации”. В настоящее время этот термин употребляется для определения компьютерной интеграции различных каналов информации. Это означает, что различные средства записи переводятся в цифровой формат для использования в компьютерной среде.

Аудиографическая конференция является примером мультимедийности в изначальном значении этого слова, поскольку объединяет в себе два средства предоставления информации — телефон и компьютерную графику. Она сохраняет свою мультимедийность и в современном значении, так как компьютерная графика может быть получена с видеокамеры, оптического сканера или самого компьютера. Таким образом, экран компьютера стал системой воспроизведения звука и движущегося изображения, а также текста и графики, составляющих основу явления мультимедийности. Компьютер превратился в поглощающую среду, как телевизор. Видео, воспроизведенное через компьютер, — это уже не видео, равно как и кинолента, показанная по телевизору, — это уже не лента в оригинальном значении этого слова. Видео, выводимое на экран компьютера, переведено в цифровой формат, а это означает, что его можно отредактировать так, как этого желает пользователь. Его можно поместить в окно, размер, форма и расположение которого поддаются изменению. Для обработки поглощенного носителя информации могут применяться все средства используемого набора прикладных программ.

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?

Уровень 3: Курсовая сеть

Моделью, которая, по нашему мнению, нормально функционирует в системе телеобучения, является организация сети учебного курса, состоящего из нескольких телецентров.

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.

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

Решаемые задачи	Применяемые ИТ	Эффект
Изучение принципов действия	Автоматизированные средства технической иллюстрации	Повышение наглядности, увеличение количества и качества информации
Моделирование	Универсальные и специализированные программы моделирования, отображения и преобразования выходной информации	Возможность имитационного моделирования сложных технических систем с учетом изменения структуры, параметров и внешних воздействий
Конструирование	Автоматизированные средства технической иллюстрации, конструкторские базы данных	Наглядность процедур сборки и разборки, рабочих процессов, типизация и нормализация конструкторских решений
Проектирование	Автоматизированные методики проектирования, банки аналогов, нормативной и справочной информации, САПР	Переход к оптимизации, поиску эффективных проектных решений, автоматизированной подготовке документации
Подготовка производства	Автоматизированные системы технологической подготовки производства	Переход к количественному анализу, повышение уровня разработок
Принятие решений	Экспертные системы, системы управления базами данных и знаний	Повышение качества и достоверности принимаемых решений
Экспериментальные исследования	Технические и программные средства автоматизации эксперимента	Расширение круга и усложнение задач, повышение точности и достоверности получаемых результатов

 

5.3 Автоматизированные учебные курсы как база новых технологий подготовки инженеров

 

В соответствии с предлагаемой концепцией совершенствования системы подготовки инженеров информационные технологии рассматриваются как основа кардинального изменения организации, форм и содержания образовательного процесса.

Первым требованием к создаваемым новым методическим рекомендациям является условие, что информационные технологии применяются не как дополнение к известному набору традиционных дидактических приемов, а как их замена, позволяющая получать качественно новые результаты. В противном случае вместо повышения эффективности и результативности образовательного процесса будут повышаться только трудозатраты студентов и преподавателей.

Следующее важное требование связано с необходимостью индивидуализации образовательного процесса и активизации самостоятельной работы студентов. С учетом ранее отмеченных недостатков традиционных печатных изданий как носителей учебной информации следует постулировать необходимость подготовки учебных и методических материалов с применением компьютерных носителей информации и средств ее воспроизведения.

Применение доступных современным компьютерам технологий манипулирования информацией позволяет в данном случае перейти от последовательных текстов к гипертекстам, от схематичных рисунков и фотографий — к анимированным изображениям или видеофрагментам, от статичных уравнений — к имитационным компьютерным моделям. Причем эти модели адекватно реагируют на изменения их структуры, параметров или внешних воздействий, которые могут производиться студентом в интерактивном режиме.

Еще одним требованием, логически вытекающим из уже рассмотренных положений, является отказ от вынужденно принятого в традиционной системе деления образовательного процесса на лекции, практические занятия, лабораторные работы и переход к непрерывному системному изучению объектов и процессов. Автоматизированные средства методического обеспечения учебной дисциплины должны содержать информацию, необходимую для самостоятельного изучения теоретического материала, решения практических задач, экспериментальной проверки теоретических положений.

Все перечисленные компоненты в совокупности представляют автоматизированный учебный курс (АУК) как единый комплекс программно-технических средств и учебно-методических материалов, обеспечивающих самостоятельную работу студентов в процессе фундаментальной подготовки к инженерной деятельности.

В дополнение к перечисленным выше средствам методического обеспечения необходимо предусмотреть возможность автоматической фиксации в специальной базе данных действий студентов в процессе обучения и получаемых ими результатов. Основное содержание и структуру АУК схематично можно представить в виде, изображенном на рис. 15.

Приведенная схема отображает также телекоммуникационную среду, которая является неотъемлемым атрибутом функционирования АУК, предназначенного для использования в системе подготовки инженеров. Весь комплекс средств поддержки и сопровождения учебного процесса в данном случае разделяется на две основные части по месту их расположения и выполняемым функциям.

Часть средств, находящаяся в составе образовательного учреждения предназначается для выполнения следующих функций:

· администрирование учебного процесса, доставка учебно-методических материалов, организация консультационной поддержки действий студентов и оценка их учебной работы;

· ведение базы данных по каждому студенту, в которых учитываются результаты выполнения индивидуального плана, полученные оценки, другие необходимые данные (подробная анкета, сроки и суммы оплаты образовательных услуг и др.);

· снабжение студентов информацией, которая находится в составе электронной библиотеки образовательного учреждения и может потребоваться им дополнительно к полученным учебно-методическим материалам;

· выполнение лабораторных исследований с помощью программно-технических средств автоматизированного лабораторного практикума, доступных студентам по компьютерным сетям;

· разработка и развитие компонентов АУК, которые выполняются с помощью специализированных программных средств, а также с применением базовых комплектов программно-технических средств автоматизированного лабораторного практикума.

Собственно АУК после доставки из учебного заведения размещается на рабочем месте каждого студента и является средством его работы, включающей следующие основные компоненты:

· теоретическую подготовку, предполагающую освоение базовых понятий и положений изучаемого курса;

· самоконтроль степени понимания и умения применять изученные положения и понятия, а также контрольную проверку знаний, результаты которой фиксируются в «электронной» зачетной книжке студента;

· компьютерное моделирование изучаемых объектов и процессов, применяемое как при теоретической подготовке, так и при выполнении практических заданий;

· обращение к средствам автоматизированного лабораторного практикума для экспериментальной проверки теоретическою материала;

· получение консультаций при возникновении затруднений в процессе учебной работы от тьютора, а также в диалоге с другими студентами, изучающими тот же учебный курс.

Перестроение учебных курсов, принятых в традиционной системе подготовки инженеров, на основе информационных технологий должно проводиться в направлении их фундаментализации, что с неизбежностью будет приводить к слиянию ряда частных курсов в составе единого базового курса. В то же время необходимо обеспечить подготовку многих курсов для углубленного изучения специальных разделов конкретной предметной области, для того чтобы обеспечить возможности широкого выбора в получении требуемого образования.

Таким образом, содержательную основу новой образовательной системы должны составлять автоматизированные учебные курсы фундаментальной подготовки, обеспечивающие возможности самостоятельного изучения, практического освоения и экспериментальной проверки полученных теоретических знаний. При этом должен быть обеспечен дистанционный доступ студента к распределенным информационным и техническим ресурсам системы образования, включая возможности оперативного доступа к тьютору с применением средств телекоммуникации. Наряду с этим каждому студенту должно быть предоставлено на выбор множество курсов, позволяющих сформировать индивидуальный учебный план и, в конечном итоге, углубленную специальную подготовку в требуемом направлении.

Рекомендации по синтезу структуры автоматизированного учебного курса нового типа

Структурно предлагаемый автоматизированный учебный курс по любому учебному направлению реализуется средствами программно-технического и научно-методического комплекса, который представляет собою совокупность нескольких функциональных подсистем, среди которых:

· объектная подсистема;

· информационно-измерительная подсистема;

· управляющая подсистема;

· моделирующая подсистема;

· программно-методическая подсистема;

· телекоммуникационная подсистема;

· удаленное рабочее место пользователя.

В рамках объектной подсистемы перечень объектов изучения рекомендуется делать открытым и последовательно развиваемым. Полный перечень должен соответствовать концепции базовой подготовки и учитывать особенности организации образовательного процесса в каждом учебном заведении. Конкретный набор объектов изучения формируется из перечня, регламентированного соответствующим учебным направлением

В качестве объектов изучения рекомендуется рассматривать специально разработанные физические модели-аналоги, а не промышленные образцы, поскольку промышленный образец всегда проектируется на эффективное выполнение узкой прикладной задачи, не содержит дополнительных информационных каналов и каналов управления и поэтому не соответствует задачам обучения. Лишь физическая модель-аналог, выполненная с соблюдением критериев подобия, снабженная многочисленными, физически разнородными информационными каналами и каналами управления - способна дать критериальные соотношения для выявления фундаментальных закономерностей изучаемых процессов.

Физические модели-аналоги объектов изучения, как правило, должны выполняться с изменением геометрических и энергетических показателей, чтобы исключить трудности размещения оборудования (лабораторные площади, энергосети, средства защиты и пр.). При этом изменение может быть любым, если оно не искажает изучаемые процессы и не создает трудности работы с объектом (съем информации, управление).

Исследователь должен иметь возможность реализации любого разумного режима функционирования объекта, кроме аварийных режимов. Для реализации такого подхода необходима многоуровневая система вычислительных средств:

· на объектном уровне - это, как правило, мультипроцессорная подсистема, построенная по идеологии цифровых сигнальных процессоров;

· на верхнем уровне — это сервер комплекса, выполняющий функции обслуживания внутренних и внешних информационных потоков и связей.

Комплекс должен быть открытым для свободного наращивания подготовленными разработчиками количества каналов измерения и управления, варьирования объектов изучения в рамках выбранного тематического направления, для чего он выполняется по блочно-модульному принципу с использованием отечественных и международных стандартов в части использования:

· конструктивных решений (например, АСЭТ, Евромеханика);

· интерфейсные средства (LabCard, VME, VXI, PXI и др.);

· программных продуктов (LabWindows/CVI, Component Works, PSpice).

Для повышения эффективности использования установленного оборудования каждый функциональный блок или модуль комплекса целесообразно рассматривать в одних случаях как объект изучения, а в других - как технологическое оборудование для изучения других объектов. При этом выбор конкретного объекта изучения и режимов его работы должен производиться автоматически по заданию удаленного исследователя.

При этом принципиально осуществляется отказ от тиражирования однотипного оборудования, применяемого в составе учебного курса, и организуется фронтальное выполнение экспериментальных работ с помощью ограниченного набора универсального лабораторного оборудования. Предполагается также наличие многих рабочих мест, представляющих собой персональные компьютеры, связанные со средствами измерения и управления лабораторным оборудованием по локальной или глобальной компьютерной сети.

Программное обеспечение (ПО) комплекса выполняется многоуровневым и включает ряд компонентов, выполняющих различные функции:

· ПО объектного уровня содержит набор программ-драйверов управления стандартными и специально разработанными средствами многоканального аналогового, цифрового и частотного измерения и управления.

· ПО базового сервера предназначено для реализации дистанционного обмена информацией между комплексом и рабочими местами удаленных пользователей и выбрано таким образом, чтобы обеспечить работы технических средств телекоммуникации и, в частности, поддерживать протокол сетевого обмена ТСРЛР.

· ПО рабочего места удаленного пользователя создается с применением инструментальных средств: Borland С⁺⁺, Component Works, Pspice и др.

Методическое обеспечение комплекса должно содержать полную совокупность средств, необходимых и достаточных для его использования в учебном процессе и научных исследованиях:

· информационно-справочные средства, предназначенные для изучения теоретических основ исследуемых физических процессов;

· программные средства имитационного компьютерного моделирования динамических процессов в сложных технических системах и их компонентах;

· средства подготовки и проведения натурных исследований сложных технических систем и их компонентов в режиме удаленного доступа;

· средства обработки и анализа экспериментальных данных для практической проверки адекватности применяемых математических моделей.

Подсистема моделирования включает совокупность математических моделей различного физического содержания (например, электромагнитную, электромеханическую, тепловую и т.д.), а также математические модели используемых технологических процессов. Если математические модели достаточно просты, то их носителем может быть один достаточно мощный компьютер. Однако для эффективной работы в реальном масштабе времени одновременно нескольких математических моделей целесообразно воспользоваться несколькими менее мощными компьютерами с сетевым обменом информацией. При этом для обмена информацией между подсистемами объектного и модельного уровней необходима - организация и поддержка "шлюза" обмена данными, сложность которого зависит от выбранных исходных интерфейсов на каждом уровне.

Важное свойство компьютерных моделей состоит в возможности имитировать различные режимы работы объектов изучения, а также переходы от одного режима к другому. Следует также предусмотреть имитацию, например, независимого или подчиненного изменения электропитания, электрических, механических, тепловых нагрузок. Наконец, имитационные модели должны учитывать случайные факторы, неизбежно влияющие на функционирование системы, т.е. модели должны быть вероятностными. В функции вероятностных моделей необходимо включить также возможности оценки корреляции показателей системы, что может обеспечить уменьшение количества информационных каналов и объем сохраняемых и обрабатываемых данных в процессе контроля и диагностики.

Система компьютерных моделей, как правило, должна быть многоуровневой. С помощью наиболее полных моделей имитируются динамические процессы в вероятностной постановке, в результате чего получаются опорные данные, непосредственно используемые в процессах диагностики, управления, и прогнозирования, Важно учесть при этом вероятностный характер получаемых опорных данных, что позволяет перейти к решению перечисленных задач с применением понятий нечеткого математического программирования.

Второй уровень модельного обеспечения составляют упрощенные регрессионные математические модели, позволяющие судить о чувствительности системы к изменению множества управляющих воздействий.

Наконец, на третьем уровне функционируют модели в виде совокупности детерминированных или вероятностных оценок значений контролируемых показателей управляемого объекта и некоторое множество формализованных правил, необходимых для оценки ситуаций и выработки управляющих воздействий. Эти модели должны работать в режиме реального времени, что предъявляет самые жесткие требования к их быстродействию, а следовательно, к допустимой сложности.

Функциональные возможности предлагаемого комплекса позволяют ставить и решать качественно новые, недоступные ранее и чрезвычайно важные задачи:

· оперативного многоканального мониторинга динамических процессов в сложных технических системах;

· диагностики и прогнозирования технического состояния сложных технических систем и их компонентов;

· идентификации параметров математических моделей исследуемых объектов по экспериментальным данным;

· многоканального функционально сложного управления техническими системами для обеспечения их качественного функционирования.

В организационном плане предполагается тиражирование подобных комплексов и создание на их основе отраслевых и региональных учебно-научных Центров при ведущих технических университетах и академических институтах, объединенных научно-образовательной компьютерной сетью, что позволит обеспечить значительное сокращение:

· требуемого количества квалифицированных педагогических кадров, участвующих в текущем процессе обучения, поскольку подготовленные и сертифицированные курсы реализуются на машинных носителях (лазерных дисках) и требуют лишь ограниченной консультационной поддержки. Наиболее квалифицированные педагоги должны работать над созданием и совершенствованием фундаментальных учебных курсов.

· общего количества основного лабораторного оборудования, используемых площадей, затрат энергии, обслуживающего персонала за счет дистанционного коллективного использования этого оборудования в режиме дистанционного доступа.

Проводные каналы

Параллельные каналы связи физически реализуются с помощью многожильного кабеля (или печатной платы), причем число жил (печатных проводников) выбирается в соответствии с требуемой разрядностью передаваемой информации (адресов, данных) — обычно 8, 16, 24, 32, 64. В целях обеспечения компактности, расстояние между проводниками стараются уменьшать, однако при этом увеличиваются межпроводные емкостные связи, что приводит к возрастанию взаимных помех, особенно при больших скоростях передачи информации. Это обстоятельство и является естественным ограничением области применения параллельного канала связи. Как правило, он используется для организации высокоскоростных магистралей между отдельными функциональными устройствами, удаленными друг от друга в пределах от нескольких сантиметров до 1.. .2 м

Диапазон скоростей передачи данных по параллельному каналу очень широк — от 10 Мбит/с (внешние магистрали повышенной протяженности 1-2 м) до 1000 Мбит/с (например, короткие внутренние компьютерные магистрали).

Последовательные каналы связи различного типа, содержат преимущественно два проводника, взаимное размещение которых имеет следующие разновидности:

1. Проводники размещены параллельно друг другу на некотором фиксированном расстоянии (телефонный кабель). Каналы, использующие телефонный кабель, самые дешевые, однако они наименее защищены от внешних помех, у них наиболее высокий показатель межпроводной емкости, а, следовательно, - низкая скорость передачи данных (не более 19200 бит/с).

2. Проводники перевиты между собою с определенным шагом и помещены в экранирующую оплетку (витая пара). Такое решение позволяет значительно снизить уровень внешних помех, несколько уменьшить межпроводную емкость и увеличить скорость передачи данных до 10 Мбит/с.

3. Проводники располагаются таким образом, что один из них образует центральную жилу, а другой - гибкую оболочку (оплетку) вокруг центральной жилы с использованием промежуточного изолятора (коаксиальный кабель). Данный кабель имеет практически такую же степень защиты от внешних помех, как витая пара, близкое значение межпроводной емкости и, следовательно, - аналогичную скорость передачи данных до 10 Мбит/с.

4. Уникальными возможностями для передачи данных обладает оптоволоконный кабель. Здесь отсутствует межпроводная емкость, поскольку информация передается модуляцией светового потока. Скорость передачи данных возрастает до 100 Мбит/с и ограничивается не самим кабелем, а электронными системами преобразования информации. Практически обеспечивается полная защита от внешних помех. Стоимость такого кабеля наиболее высокая, но в пересчете на передаваемый бит информации оптоволоконный кабель является экономически наиболее выгодной проводной линией связи, естественно, при условии полного использования его возможностей.

Передача данных по последовательному каналу происходит последовательно бит за битом, поэтому при прочих равных условиях скорость передачи данных здесь, как минимум, в десять раз ниже, чем скорость передачи данных по параллельному каналу. В зависимости от организации формирования и передачи данных принято несколько международных стандартов:

· Стандарт RS -232 является самым простым и надежным средством связи двух электронных устройств на расстояниях до 15 м. Он имеет возможность варьирования скорости передачи данных от 1,2 до 38,4 Кбит/с, в зависимости от быстродействия подключаемых устройств. При создании исследовательского оборудования нового поколения последовательный канал, построенный на стандарте RS-232, становится удобным средством связи автоматизированного оборудования, снабженного интеллектуальными микроконтроллерами, и компьютера, выполняющего служебные функции (сервера), поскольку практически каждый компьютер в своем составе имеет стандартный порт RS-232.

· Стандарт RS -485 позволяет создавать систему связи сетевой структуры, т.е. включать на один канал связи более двух устройств. Технические средства поддержки данного стандарта позволяют обеспечить скорость передачи информации до 500 Кбит/с при удалении абонентов до 1500 метров. RS-485 следует применять в распределенных микроконтроллерных системах, когда расстояние между отдельными микроконтроллерами составляет более двух метров.

· Стандарт f ~ C также предназначен для включения в сеть нескольких устройств, но на расстояниях до I - 1,5 м. Контро,-лер шины ГС, как правило, входит в состав специализированных микроконтроллеров, например, РСВ80С552 фирмы Philips, что делает его применение простым и удобным. Преимуществом стандарта ГС для межпроцессорного обмена на малом удалении (около 1 м) является наличие встроенного аппаратного контроля ошибок и конфликтов на уровне приемопередатчиков, значительно снижающего количество ошибок при передаче данных и позволяющего существенно повысить скорость работы системы связи в целом (до 115 Кбит/с).

Беспроводные каналы

С семидесятых годов началось развитие беспроводных линии связи для передачи данных. Первоначально наибольшее развитие получили радиорелейные линии, способные обеспечить передачу потоков информации со скоростями 32, 64, 128 бит/с. В дальнейшем скорости передачи информации по радиорелейным линиям были увеличены до 2048 Кбит/с и более. Недостатком радиорелейных систем является работа только в пределах прямой видимости и относительно высокая стоимость, поэтому они преимущественно используются при передаче потоков информации для привязки к мощным кабельным или спутниковым магистралям передачи информации.

Делались попытки строительства линий передачи информации по лазерным каналам передачи данных. Экспериментальная лазерная линия связи "МГУ - Главпочтамт", построенная в 80-е годы, работает и в настоящее время.

В ряде случаев используются комбинированные системы, когда на кабельные линии при преодолении больших преград, например, водных (крупные реки), делают лазерные вставки. Однако широкого распространения лазерные линии связи не получили из-за нестабильности связи при изменении погодных условий.

Наибольшее развитие в последние 10—15 лет получили спутниковые системы связи, где наблюдается устойчивый прогресс по следующим причинам:

· полнота охвата поверхности Земли;

· независимость от климатических и погодных условий;

· высокая надежность;

· возможность получения практически неограниченной пропускной способности. Например, система спутниковой связи "Ямал" имеет полную пропускную способность 12500 дуплексных каналов по 32 Кбит/с. При этом пользователям предоставляются каналы различных типов: 2,4; 4,8; 9,6; 2048 Кбит/с;

· приемлемые показатели по стоимости.

Здесь необходимо уточнить экономические особенности использования радиорелейной и спутниковой связи. Если на малых расстояниях радиорелейный канал в 64 Кбит/с (или ствол в 2048 Кбит/с) выгоднее спутникового, на больших расстояниях сравнительная стоимость передачи информации по спутниковому каналу становится в 5 - 6 раз более выгодной.

Во всем мире широко развиваются системы сотовой радиосвязи. Первоначально они предназначались для ведения телефонных переговоров, но в последнее время все больше захватывают и область передачи всех видов информации, предоставляя абоненту услуги по передаче данных с пропускной способностью от 96 до 2048 Кбит/с.

Стоимость передачи информации в сотовых сетях гораздо выше, чем в радиорелейных или проводных (до 1,0 $/мин за передачу данных со скоростью 64 Кбит/с), но предоставляемые пользователю Удобства и простота сопряжения с глобальными сетями передачи информации даже в движении являются привлекательными для многих пользователей. Перспективным направлением во всем мире признано создание гибридных систем передачи информации на базе ATM-технологи и (Asynchronous Transfer Mode - тип коммутационной технологии, при котором по сети передаются небольшие порции данных фиксированного размера), в первую очередь, объединяющих достоинства сотовой и спутниковой связи.

В настоящее время развиваются программы по .созданию всемирных сетей спутниковой связи ("Иридиум", "Глобалстар", "Ростелесат" и др.) на низко летящих спутниках (одновременно от 40 до 120 спутников на орбите), позволяющих обеспечить доступ для передачи и приема всех видов информации (голос, данные, изображение) с мобильных или стационарных объектов.

Перспективным является создание линий лазерной связи в диапазонах инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Во многих странах, в том числе в России, проводятся исследования в этой области, в том числе для передачи информации рассеянным или отраженным от верхних слоев атмосферы излучением.

Определенная номенклатура устройств для этих целей уже выпускается как за рубежом, так и в нашей стране. Главным преимуществом этой техники является отсутствие затрат на использование частотного диапазона, составляющих существенную часть стоимости сотовых и спутниковых каналов связи. Однако дальность подобных линий связи в настоящее время невелика (в среднем до 1,5-3 км), и они подвержены промышленным помехам. Ориентировочно стоимость использования каналов связи, построенных по этому принципу, будет от 1,5 до 3 раз меньше стоимости применения традиционных каналов.

В России разработки по этой тематике ведутся в Институте проблем передачи информации РАН. Так называемый "инфракрасный прожектор", разработанный здесь, позволит даже в городских условиях при наличии большого числа источников инфракрасного излучения передавать информацию, кодированную исправляющим ошибки кодом со скоростью до 8 Мбит/с на дальность до 5 км. Устройство предназначено для привязки абонентов с большими информационными потребностями к сетям передачи данных типа Интернет. Причем стоимость использования "инфракрасного прожектора" существенно ниже, чем аналогичной по пропускной способности кабельной линии связи, радиорелейной или сотовой связи.

В целом, беспроводные линии связи в последнее время получили мощный импульс развития, вызванный, с одной стороны, растущими в геометрической прогрессии потребностями в передаче большими объемов информации в минимальные сроки, при обеспечении пользователю удобного, простого и экономически привлекательного доступа к информационным ресурсам; с другой стороны - бурным прогрессом цифровых методов передачи и обработки информации, появлением принципиально новых технологий обработки, организации передачи и сжатия информации, дальнейшей миниатюризацией электронных компонентов. Как показывает статистика, каждые десять лет потребность в передаче информации увеличивается в десять раз.

Поэтому в 1998-1999 годах ряд ведущих государств, в том числе и Россия, подписали Соглашение о совместном строительстве единого глобального информационного пространства, призванного как облегчить пользователям обмен информацией, так и обеспечить широкий доступ к уже созданным информационным ресурсам для всестороннего укрепления международного сотрудничества и доверия между странами.

Основные сетевые топологии

Сетевая топология описывает структуру объединения различных устройств. Существует несколько видов топологий, отличающихся друг от друга по трем основным критериям:

· режиму доступа к сети;

· средствам контроля, передачи и восстановления данных;

· возможности изменения числа узлов сети.

Основными применяемыми топологиями являются "звезда", "кольцо" и "шина".

В звездообразной топологии вся информация передается через некоторый центральный узел. Каждое устройство имеет свою собственную среду соединения (каналы связи, программная поддержка). Все периферийные станции могут обмениваться друг с другом только через центральный узел. Преимуществом этой структуры является то, что на среду передачи не может влиять никто, кроме ее собственника. С другой стороны, центральный узел должен быть исключительно надежным устройством. Кроме того, расширение сети возможно только в том случае, если организован порт для его подсоединения к Центральному узлу.

В кольцевой структуре информация передается от узла к узлу по физическому кольцу. Приемник копирует данные, регенерирует их вместе со своей квитанцией подтверждения следующему устройству в сети. Когда начальный передатчик получает свою собственную квитанцию, это означает, что его информация была корректно получена адресатом. В кольце не существует определенного централизованного контроля. Каждое устройство получает функции управляющего контроллера (так называемый "маркер") на строго определенный промежуток времени. Отказ в работе хотя бы одного узла приводит к нарушению работы кольца, а, следовательно, и к остановке всех передач.

В любой шинной структуре все устройства подсоединены к общей среде передачи данных, или шине. В отличие от "кольца" адресат получает свой информационный пакет без посредников. Процесс подключения к шине дополнительных узлов не требует аппаратных доработок со стороны уже работающих узлов сети, как это имеет место в случае топологии "звезда". Однако шинная топология требует жесткой регламентации доступа к среде передачи.

Существует два метода регулирования такого доступа -"шинного арбитража":

· "фиксированный мастер" (централизованный контроль шины), в соответствии с которым доступ к шине контролируется центральным мастер-узлом;

· "плавающий мастер" (децентрализованный контроль шины) благодаря собственному интеллекту каждое устройство само определяет регламент доступа к шине.

Полевые протоколы

Сети, обеспечивающие информационные потоки между контроллерами, датчиками сигналов и разнообразными исполнительными механизмами, объединяются общим названием "промышленные сети или "полевая шина" (FieldBus). Протоколы, по которым работают полевые шины, относят к полевым протоколам.

Основная задача полевых сетей (следовательно, и полевых протоколов) - обеспечить совместимость на уровне сети аппаратных средств от разных производителей.

Предпочтительность того или иного сетевого решения как средства транспортировки данных можно оценить по следующей группе критериев:

· объем передаваемых полезных данных;

· время передачи фиксированного объема данных;

· удовлетворение требованиям задач реального времени;

· максимальная длина шины;

· допустимое число узлов на шине;

· помехозащищенность.

Часто улучшение по одному параметру может привести к снижению качества по другому, то есть при выборе того или иного протокольного решения необходимо следовать принципу разумной достаточности. Наиболее распространенными полевыми протоколами являются:

Протокол MODBUS разработан фирмой Gould Inc. для построения промышленных распределенных систем управления. Специальный физический интерфейс для него не определен и может быть выбран самим пользователем: RS-232C, RS-422, RS-485 или токовая петля 20мА.

Протокол работает по принципу Master/Slave. В сети могут находиться одновременно один Master-узел и до 247 Slave-узлов. Master-узел инициирует циклы обмена данными двух видов: запрос/ответ (адресуется только один из Slave-узлов) и широковещательная передача данных.

Протокол описывает фиксированный формат команд, последовательность полей в команде, обработку ошибок и исключительных состояний, коды функций. Каждый запрос со стороны ведущего узла включает код команды (чтение, запись и т.д.), адрес абонента, размер поля данных, собственно данные и контрольный код. В набор команд входят чтение/запись данных, функции диагностики, программные функции и т.п. Протокол MODBUS можно назвать наиболее распространенным в мире. Он привлекателен своей простотой и независимостью от физического интерфейса.

Протокол BITBUS разработан фирмой Intel в 1984 году для построения распределенных систем, в которых должны быть обеспечены высокая скорость передачи и надежность. Протоколу был присвоен статус стандарта IEEE 1118. Используется принцип Master/Slave. физический интерфейс основан на RS-485. Протокол не дает возможности построения сложных систем из-за простоты структуры его информационных пакетов. Он определяет два режима передачи данных по шине:

· Синхронный режим используется для работы на большой скорости, но на ограниченных расстояниях: от 500 до 2400 кбит/с на расстоянии до 30 м. При этом в сеть может быть включено до 28 узлов.

· Режим с самосинхронизацией, когда передача возможна на скоростях 375 Кбит/с (до 300 м) и 62,5 Кбит/с (до 1200 м). Используя шинные повторители, можно объединять последовательно несколько шинных сегментов (до 28 узлов на каждом). Тогда общее число узлов можно довести до 250, а длину шины - до нескольких километров.

Протокол PROFIBUS ( Process Field Bus ) первоначально предназначался для выполнения следующих действий:

· организации связи с устройствами, гарантирующими быстрый ответ;

· создания простой и экономичной системы передачи данных, основанной на стандартах;

· реализации интерфейса между протоколами передачи данных и пользователем.

В PROFIBUS используется гибридный метод доступа в структуре Master/Slave и децентрализованная процедура передачи маркера. Сеть может состоять из 122 узлов, 32 из которых могут быть Master-узлами. В среде Master-узлов передается маркер — право проведения циклов передачи данных по шине. Все циклы строго регламентированы по времени, организована продуманная система тайм-аутов.

Протокол PROFIBUS является наиболее развивающимся и завоевывает все большую популярность.

Локальные компьютерные сети

Локальная компьютерная сеть или локальная вычислительная сеть (ЛВС, LAN - Local Area Network) - это объединение компьютеров и других устройств для создания общих ресурсов и совместного использования данных. Компьютеры, входящие в состав ЛВС, расположены на небольших расстояниях один от другого (комната, этаж, небольшое здание и т.п.). Существуют различные типы ЛВС: Ethernet, как описано в стандарте IEEE 802.3, представляет собой компьютерную сеть, основанную на использовании протокола CSMA/CD (множественный доступ к среде с детектированием несущей и обнаружением конфликтов) при передаче электрических сигналов по соединяющему компьютеры кабелю. Метод CSMA/CD обеспечивает каждой станции возможность передачи данных в сетевой кабель, при этом все станции имеют равные права. Прежде, чем начать передачу данных, станция должна "прослушать среду" и определить: не используется ли кабель в данный момент другой станцией. Если сеть занята, станция повторяет попытку по истечении случайного интервала времени. Если же среда свободна, станция начинает передачу данных.

Стандарт IEEE 802.3 содержит несколько спецификаций, отличающихся топологией и типом используемого кабеля. Например, 10BASE-5 использует толстый коаксиальный кабель, 10BASE-2 тонкий, a 10BASE-F, 10BASE-FB, 10BASE-FL и FOIRL используют оптический кабель. Наиболее популярна спецификация IEEE 802.3I 10BASE-T, в которой для организации сети используется кабель на основе неэкранированных скрученных пар с разъемами RJ-45. Ethernet поддерживает скорости передачи информации 10 и 100 Мбит/с.

Token Ring (маркерное кольцо) - это локальная компьютерная сеть, в которой передача информации (при скорости передачи 4 и 16 Мбит/с) организована на следующих основных принципах:

· станции подключаются к сети по топологии "кольцо";

· все станции, подключённые к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

· в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.

Управление станциями в сети Token Ring происходит с помощью передачи специального кадра - маркера. Станция, которая приняла маркер, получает право на передачу и может передавать данные. Для этого станция удаляет маркер из кольца, формирует кадр данных и передаёт его следующей станции. В сети Token Ring все станции принимают и ретранслируют все кадры, проходящие по кольцу. При приёме станция сравнивает поле адреса кадра с собственным адресок;. Если адреса не совпадают, то кадр передаётся далее по кольцу без изменений. Если адреса совпадают, или принят кадр с широковещательным адресом, то содержимое копируется в буфер станции, а по результатам приёма вносятся изменения в поле статуса кадра. Загс кадр передаётся далее по сети и, таким образом, возвращается на станцию-отправитель. Получив кадр, станция-отправитель проверяет поле статуса кадра, формирует маркер и передаёт его следующей станции. Таким образом, следующая станция получает право на передачу данных.

В последние несколько лет наметилось движение к отказу от использования в локальных сетях разделяемых сред передачи данных. Наметился переход на обязательное использование между станциями активных коммутаторов, к которым конечные узлы присоединяются индивидуальными линиями связи. В чистом виде такой подход предлагается в технологии ATM, а смешанный подход, сочетающий разделяемые и индивидуальные среды передачи данных, используется в технологиях, носящих традиционные названия с приставкой switching (коммутирующий): switching Ethernet, switching Token Ring и т.д.

Корпоративные сети

Корпоративная сеть - это (как и ЛВС) сеть, объединяющая компьютеры и другие устройства для создания общих ресурсов и совместного использования данных. Но, в отличие от ЛВС, корпоративные сети объединяют компьютеры в масштабе крупных предприятий или других образований, например администрация города или банковская система: в состав корпоративной сети может входить несколько сотен или тысяч компьютеров, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, даже в разных городах. Компьютеры отдельных подразделений обычно объединяются в ЛВС, которые и охватываются единой корпоративной сетью с помощью самых разнообразных каналов связи и сетей различного типа.

Разветвленность и большое количество абонентов сети делает крупные корпоративные сети похожими на Internet. В связи с этим в корпоративных сетях все больше применяются хорошо развитые технологии Internet, использующие протоколы прикладного уровня ТСР/IP: корпоративная почта, доступ к файлам, базам данных и т.п. Такие сети получили название Intranet.

Образование как вид коммуникации

 

Эта глава рассматривает образование с точки зрения характерных для него основных коммуникационных функций. Затем мы проследим, каким образом в аудитории осуществляются эти функции и как информационные технологии могут быть здесь использованы для улучшения работы.

Образование — широкий термин, включающий в себя передачу знаний, навыков и воспитание детей. Под образованием также подразумевается обучение без участия преподавателя, с помощью заочного преподавания или самоучителя. Несмотря на все вышесказанное, главным местом, где происходит обучение, является класс.

Коммуникация в классе — развивающаяся область исследований, включающая в себя межличностные, личностные, групповые и культурные способы общения в классных помещениях. Она изучает как вербальные, так и невербальные виды коммуникаций в классе. Уделяется также внимание таким трудностям коммуникации между учащимися, как коммуникативное понимание, отсутствие навыков восприятия на слух и проблемы самовыражения.

Можно ли, используя весь потенциал информационных технологий, создать коммуникационную систему обучения более эффективную, чем класс? Если мы будем рассматривать классное помещение как средство общения и попытаемся на основе информационных технологий создать механизм более совершенный, традиционные методики исследований, теории коммуникаций и воспитания будут нас ограничивать. Они описывают и объясняют уже существующее, а не возможное. Однако наиболее подходящим здесь может стать использование методов и теоретических структур, заложенных в основе самой информационной технологии. Необходимо найти способ, позволяющий объединить возможности информационных технологий с точки зрения коммуникационной и образовательной теорий. Пока же профессионалы, работающие в этих трех сферах, напоминают слепых мудрецов, пытающихся определить, как же выглядит слон, лишь касаясь его.

Поскольку индустриальное общество превращается в информационное, обыкновенные системы коммуникации становятся информационными. Если раньше коммуникация основывалась на контактах с помощью бумаги или личных встреч в определенных местах, то теперь для общения мы все чаще используем средства информационных технологий. Прежде общество зависело от транспортных систем, обеспечивавших доставку людей и документов, а в настоящее время оно все больше зависит от телекоммуникаций, передающих необходимую информацию. На заре своего развития информационные технологии использовались лишь для облегчения обычных коммуникаций. Телевидение заменило театр в жизни многих людей. Телефонный разговор избавил от необходимости куда-то ехать и встречаться с кем-то лично. Но происходящие сегодня изменения гораздо серьезнее. Это изменения в самой системе коммуникаций.

Возьмем в качестве примера банковское дело — обычную коммуникационную систему, мало изменявшуюся на протяжении столетий. Люди ездили в банки, чтобы совершить некие операции с деньгами, существовавшими в основном в виде информации на банкнотах и чеках. Первоначально контакты осуществлялись либо в самом банке, либо по почте. Банки одними из первых начали использовать компьютеры, выполнявшие в то время лишь вспомогательные функции по накоплению и обработке информации. Сегодня компьютеры подсоединены к телекоммуникационным банковским системам, для обслуживания клиента используются банковские карточки, и все операции осуществляются непосредственно с его счета. Автоответчики заменили секретарей. Кредитные карточки имеют хождение по всему миру. Банковское дело превратилось в информационную систему. То же самое происходит на промышленных и коммерческих предприятиях, везде, где существует организованная коммуникационная система. Образование тоже является таковой, и, в свою очередь, оно должно претерпеть изменения. Этот переход неизбежен, поскольку задача образования — готовить людей к жизни в информационном обществе.

 

Рис.1. Коммуникационные системы

 

В случае если информационная технология используется в области обычной коммуникации, прибегают к системному анализу, состоящему в осмыслении того, как коммуникация, рассматриваемая как некая система, может быть усовершенствована с применением информационной технологии. В условиях обычного, традиционного общения люди редко придают большое значение характеру контактов между собой. Для них это — нечто обыденное, повторяющееся, ставшее привычным, и хотя вопросы, ставящиеся при системном анализе, обычно просты и очевидны (например: “Какова цель коммуникационного процесса?”), они заставляют тех, к кому обращены, вновь задуматься над природой собственных действий. Именно в этом и состоит задача данной главы — представить образование как коммуникационную систему, чтобы затем понять, каким образом информационные технологии могут поднять его эффективность. С этой позиции мы и начнем изучение природы образования.

1.1 Что такое образование?

 

Это нечто врожденное или это то, что в нас воспитывают большую часть жизни? Здесь мнения изучающих образование разделились. Конечно же, и генетическая наследственность, и окружающая человека среда вносят свой вклад в процесс воспитания. Но вопрос о том, что же в действительности является основой формирования личности, становится правовой и политической проблемой нашего времени. Является ли существование насильников, антиобщественных элементов, безработных следствием генетической предрасположенности, или отсутствия родительской опеки, или характера просмотренных ими телепередач, или ошибок школьных учителей?

Даже если окажется, что генетический фактор играет решающую роль в формировании личности, конкретным способом подготовки человека к занятию своего места в обществе остается создание эффективной коммуникационной системы образования для всех, кто в ней нуждается.

Одним из сторонников теории решающего влияния среды в образовании был Л. С. Выготский, чьи работы вызвали в последние годы большой интерес. Его концепция зоны ближайшего развития (ЗБР) позволяет рассмотреть обучение как коммуникационный процесс.

Зона ближайшего развития

 

Выготский определяет ЗБР так: “Дистанция между настоящим уровнем развития, обусловленным способностью самостоятельно решать задачи, и уровнем потенциального развития, определяемым способностью выполнять задания под руководством взрослых либо более опытных ровесников”. Говоря упрощенно, ЗБР — это разница между тем, что человек способен сделать самостоятельно, и тем, что может выполнить с помощью более опытных людей. Для оказания такой помощи и существует система образования. Понятие ЗБР позволяет рассматривать образование вне рамок школы и класса. ЗБР отвечает на вопрос: “Какова задача образования?”, утверждая, что это — оказание помощи обучающемуся, позволяющее ему выйти на такой уровень развития, которого он не в силах достичь самостоятельно.

Выготский изучал теорию образования как один из основных видов человеческой деятельности.

Концепция ЗБР подразумевает, что любая система образования включает в себя людей-учителей и людей-учеников, а также коммуникационный процесс между ними, позволяющий преподавателям помогать учащимся выполнять задания, с которыми те не могут справиться самостоятельно². Кроме того, “выполнение заданий под руководством... либо при участии” означает наличие практики и обратной связи, а также динамическую двустороннюю интерактивную коммуникацию между учителями и учащимися. Чего не мог знать Выготский, живший в предкомпыотерную эру, — это того, что наставником ученику вовсе не обязательно должен быть человек. Как и не мог предполагать, что развитие телекоммуникаций, как и вычислительной техники, может означать, что учитель, человек он или нет, может находиться где угодно и контактировать с учеником лишь в виртуальном смысле.

Выготский думал о развитии способностей у детей. Сегодня образование понимается скорее как процесс, длящийся на протяжении всей жизни, чем как подготовка ребенка к взрослой жизни. Концепция ЗБР соответствует такой трактовке, и большинство новых последователей Выготского пытаются найти ей более широкое применение. Еще одно направление дальнейшего развития идей Выготского, достаточно важное для новой парадигмы образования, — понятие о процессе преподавания как о коллективной деятельности, а обучения — как групповой. Этой темой занимался коллектив под руководством М. Коула в проекте “Пятое измерение” при Лаборатории сравнительного изучения человеческого знания в Сан-Диего. В различных юношеских центрах дети в группах постигают сложности компьютерных обучающих игр. Учащиеся представлены образами, существуют в особом мире с его собственными правилами, которые им необходимо изучить, чтобы справиться с задачами различных уровней сложности. Этот метод является развитием идеи Выготского о классе как средоточии взаимодействия “учитель—ученики”. Он опирается на “социальную нейтральность” обучения и представляет собой попытку использовать простую, основанную на компьютере виртуальную реальность для поисков новой образовательной парадигмы. Образование — это не просто процесс взаимодействия людей в ролях учеников и учителей. Это еще и взаимодействие между знанием проблем и способами их разрешения в контексте данной культуры. Процесс “выполнения задания”, как монета,

имеет две стороны: “задание” и “знание о том, как выполнить задание”. Проблемы в области здоровья, социальных контактов, одежды, жилища, а также территориальные конфликты присутствуют у всех народов. Существование этих вопросов заставило представителей различных культур искать способы их разрешения, со временем вросшие в образовательные институты. Культура — способ контакта общества с окружающим миром, а образование — процесс, в ходе которого осваиваются все устоявшиеся, аккумулированные знания.

1.3 Четыре основных фактора образования

 

В своей теории ЗБР Выготский выделяет три фактора, обусловливающих образовательный процесс:

• некто выступает в роли обучаемого;

• некто выступает в роли учителя;

• нечто составляет задачу, которую обучаемый пытается решить с помощью учителя.

Косвенно существует и четвертый фактор — теория — сведения, необходимые для выполнения задания. Нам представляется, что именно взаимодействие этих четырех факторов — ученика, учителя, теории и задания в конкретном контексте — составляет основной коммуникационный процесс, именуемый образованием. Без наличия всех этих факторов процесс обучения невозможен, но совокупность этих факторов существует лишь на определенном отрезке времени, необходимом для приобретения учеником навыков в решении конкретных задач. Когда человек “знает”, как “выполнить задание”, он больше не нуждается в “учителе” и не является больше “учеником”. Уже нет ЗБР. С этой точки зрения “теория” существует только по отношению к определенной категории “заданий”, и роль учителя существует только в отношении того, кто принимает роль ученика в рамках определенной категории заданий. Упомянутые четыре фактора могут приобретать различные формы и могут существовать на разных уровнях сложности.

Пример 1

На доске написана задача, которую пытается решить группа учеников. У них есть учебник, в котором содержатся сведения, необходимые для решения, в классе находится учитель, чтобы помочь им справиться с заданием. В этом случае все четыре фактора имеют конкретное воплощение. Конечно, если в учебнике не содержится необходимой информации учитель не подготовлен для преподавания предмета, а ученик не хочет научиться решать ту задачу, что написана на доске, — факторы взаимодействовать между собой не будут и, следовательно, процесс образования не пойдет.

Задание не обязательно должно быть написано на доске. Оно должно быть сформулировано в мозгу учителя. Учитель может изложить его ученикам и в устной форме. И в этом виде его также зафиксирует мозг учеников. Сведения, необходимые для выполнения задания, содержатся в уме учителя, так же как и в учебнике. Учитель может передать их ученикам в ходе объяснения. Теперь ученикам предоставлены и задание, и теоретический материал, необходимый для его выполнения, но они не знают, как все это совместить. Учитель использует доску для решения задач. Ученики улыбаются и кивают, когда улавливают связь. Учитель приводит еще несколько аналогичных примеров, чтобы убедиться, что ученики все поняли, и ЗБР испаряется. В том, что касается этого типа задач, ученик уже не является учеником, а учитель — учителем, потому что обучаемые уже знают, как справиться с такими задачами.

Пример 2

Группа учащихся изучает коллективную работу в телестудии по созданию видеопрограммы. Ими руководят профессиональные работники студии, в данном случае выступающие как коллектив преподавателей. Каждый обучающийся выполняет в студии определенную роль — ведущего, оператора, выпускающего, технического директора и др. Они выступают в качестве коллектива, снимающего короткий видеосериал.

Кроме того, что каждый из обучающихся по очереди должен получить различные навыки, такие, как выступление перед камерой или управление ею, они должны научиться работать в “команде”, т. е. научиться решать групповые задачи. Коллектив преподавателей кроме оказания помощи каждому из студентов также учит их взаимодействовать друг с другом, добиваться согласованных действий. Задача состоит в том, чтобы научиться эффективно, использовать пространство и оборудование студии для записи видеопрограммы. Необходимая информация об этом содержится в учебнике, который студенты изучали перед практическим занятием, обладает ею и коллектив студии. Хотя обучающиеся знают, с чего начать, задача для них очень непроста. В качестве группы они представляют собой ЗБР и нуждаются в помощи профессионалов. В ходе выполнения практикантами различных заданий происходят изменения. К моменту, когда каждый из них исполнит все предложенные ему роли, помощь преподавателей им больше не требуется. Что-то подобное обучению езде на велосипеде произошло на уровне коллектива. Хотя еще есть чему поучиться, основные навыки по координации различных действий приобретены. Обучающиеся знают, как произвести запись видеопрограммы в студии.

Пример 3

В 1964 г. Эфиопия решила перейти от левостороннего движения к правостороннему. Направление дорожного движения — проблема, касающаяся каждого в стране. Как пешеходы, так и водители должны соблюдать правила. Обычно люди обучаются правилам дорожного движения индивидуально, но в этом случае вся страна должна переобучиться за сутки. Ведь такие изменения нельзя вводить поэтапно. Задача состояла в том, чтобы научиться ездить по противоположной стороне дороги и приспособиться к новому направлению дорожного движения. Обучалось все население страны, большинство которого было неграмотным. В роли учителей выступили группа иностранных советников и эфиопы из Королевского дорожного управления правительства Хайле Селассие, детально знавшие, что необходимо сделать для решения этой задачи. За много недель до нововведения они начали проводить общенациональную кампанию с использованием радио и средств наглядной агитации. Активисты этого движения были направлены на каждый рынок, в каждую школу, в каждое многолюдное место. Таким образом, знания правительственного управления дорожного движения были переданы целой нации. Несмотря на прогнозы, предвещавшие неслыханное количество дорожных происшествий, при переходе на новые правила не произошло ни одного несчастного случая. То, что являлось задачей (население не знало правил правостороннего движения), стало знанием (население узнало их), и страна в этом смысле перестала быть учеником и не нуждалась больше в учителях. Исчезла ЗБР в масштабе целого народа.

Эти примеры призваны проиллюстрировать, что образование существует на различных уровнях. Но каким бы ни был уровень, для взаимодействия четырех факторов образования необходим коммуникационный процесс.

Что такое коммуникация

 

Существуют три важнейшие коммуникационные функции — передача информации в пространстве, сохранение информации во времени и обработка информации в целях ее воспроизведения.

Передача

Основное представление, возникающее при упоминании коммуникации, — это передача информации в пространстве. Передача информации из одного места в другое требует энергии. Речь передается посредством звуковых волн, зрительные образы возникают при помощи светового излучения, в телефонных системах используется электроэнергия. Коммуникация как энергия является физическим законом, управляющим энергией. Первым, признавшим этот факт, был К. Шеннон. Как и Выготский в теории образования, он дает определения основополагающих факторов для изучения коммуникации в общепринятых терминах.

К. Шеннон утверждал, что важнейшей проблемой коммуникаций является воспроизведение содержания информации, переданной из одного места в другое, по возможности верно. Он проиллюстрировал путь прохождения информации через пространство с помощью схемы, не раз воспроизводившейся в статьях и книгах во всем мире. Благодаря своей простоте и очевидности она настолько укоренилась в представлении людей о коммуникации, что все представляют ее как линейное действие, имеющее начало и конец, источник и адресата.

Рис. 2. Модель коммуникационной системы по Шеннону

 

Шеннон создал свою модель, работая в исследовательских лабораториях телефонной компании “Белл”. Прежде всего, она относилась к телекоммуникационной системе. Такая система имеет вход информации в одном месте и выход в другом. Она передает информацию настолько быстро и качественно, насколько это возможно. Во времена Шеннона телефоны зачастую работали с помехами, затруднявшими слышимость, особенно при междугородных разговорах. Шеннон придавал особое значение термину “помехи”, обозначавшему у него нечто сопутствующее передаче и ухудшающее ее качество. Хотя современные телекоммуникационные системы значительно усовершенствованы, и физические помехи сильно уменьшены, совсем они не исчезли. Шумы — серьезная техническая проблема использования городских телефонных сетей в образовательных целях. Существуют и другие виды помех, основанных на том, что не бывает ни людей, одинаково воспринимающих одно и то же событие, ни ситуаций, повторяющихся дважды. Помехи — термин семантический, если адресат не понимает смысла полученного сообщения, синтаксический — если грамматика послания неверна, прагматический — если цель послания непонятна.

Схема Шеннона описывает основной элемент в цепи передачи сообщения на расстояние — полудуплексную диаду (рис. 3). Шеннон провел математический анализ коммуникационной функции на этом основополагающем уровне. У. Уивер, ознакомившись с оригинальной публикацией Шеннона, описывающей математическую теорию коммуникации, решил, что речь идет об общей теории коммуникации, и написал к следующей публикации соответствующее предисловие. В результате работы Шеннона были изданы, подверглись всестороннему обсуждению и частично приняты в качестве общей теории коммуникации. Это и привело к ограничениям в изучении явлений коммуникаций. То, что было ключом к комнате в доме, ошибочно приняли за ключ ко всему зданию. Исследователи коммуникации использовали модель Шеннона для рассмотрения макроявлений на микроуровне. Пожалуй, самый устойчивый образ образовательного процесса для нас — образ учителя, дающего объяснения ученику. Как обманчиво просто было бы перевести это представление в рамки модели Шеннона, где учитель выступает в качестве источника, ученик — получателя информации, а трудности обучения объясняются наличием помех (рис. 2).

 

Рис. 3 Полудуплексная диада; одностороння связь между двумя точками, которые можно определить как источник и приемник информации

 

Рис. 4 Полная дуплексная диада.

 

Шеннон анализировал минимальную коммуникационную функцию — передачу сообщения на расстояние. Превратите его полудуплексную диаду в полную (с двусторонней коммуникационной связью) или представьте ее как часть более сложной сети –источник сообщения одновременно является и ее получателем – и коммуникация станет сложным процессом.

Звездообразная круговая сеть с пятью точками a,b,c,d,e. Диада аb представляет собой модель Шеннона, где a – источник, b – получатель. Если рассмотреть всю систему в целом, то а может быть получателем для d, а также и источником и получателем для точки с:

 

Рис.5. Звездообразная круговая сеть

Представим, что сеть a , b , c , d , e — школьная телефонная сеть. Точка с — коммутатор, соединяющий школьную сеть с местным ответвлением городской сети. Та, в свою очередь, должна иметь подстанцию соединения с основной сетью, и основная точно так же подсоединяется к международной. Так образуются межсетевые связи. И это только при рассмотрении взаимосоединений телефонных линий, являющихся лишь одним из видов коммуникационных систем, используемых человеком. А еще есть автомобильные, железнодорожные, морские и воздушные сети транспортных сообщений, позволяющие людям преодолевать расстояние и встречаться друг с другом.

Сложность возможных межсетевых связей невообразима, и. пожалуй, для изучения коммуникации на макроуровне больше подойдет теория сложности, чем теория Шеннона, где представление об учителе и ученике как источнике и получателе знаний выглядит очень упрощенной. Преподаватели и учащиеся — точки в сетях классных помещений, соединяющихся со школьной сетью, которая в свою очередь входит в сеть учебных заведений района, является частью областной системы образования, связанной с общенациональной системой. Каждый учитель или ученик — это только точка в семейных, религиозных, политических и прочих сетях. Сетевая деятельность в классе имеет массу связей со сложной цепью сетей, где поток информации не обязательно строго регламентирован. Не существует двух одинаковых уроков, и процесс коммуникации в классе чрезвычайно сложно описать.

Хранение

Второй функцией коммуникации является хранение информации во времени. Классический пример — преподаватель читает учащимся лекцию, а те тщательно ее конспектируют. Информация, передаваемая с помощью звуковых волн, фиксируется в виде чернильных знаков на бумаге. Информация из энергии превращается в вещество. В этом случае способ хранения информации — это фиксация ее в каком-либо неисчезающем веществе.

Одной из причин, почему учащиеся делают заметки, является тот факт, что им известно об ограниченности возможностей человеческого мозга как системы хранения информации. Студентов регулярно контролируют и экзаменуют, и большинство из них убеждается, что существуют индивидуальные ограничения объема запоминаемой информации, продолжительности ее хранения в мозгу и точности последующего воспроизведения. Это общепринятое представление об обучении и памяти характерно для всех, кто получал образование в традиционной школьной системе. Такое убеждение глубоко укоренилось в обществе, где система образования строится на оценке способности индивидуума иметь стабильную и продолжительную память и выделении тех, кто отличается выдающейся памятью или способен упорно повторять и повторять материал до полного его запоминания. Г. Эббингаус осуществил научную проверку связи памяти и обучения. Он провел серию экспериментов на самом себе, предусматривавших длительные лабораторные исследования возможностей памяти. Он заучивал целые куски не имевшего смысла текста, через какое-то время проверял запоминание, и в результате оказалось, что со временем способность запоминать слабеет. Он также проверил результативность повторного заучивания через различные промежутки времени и продемонстрировал, что запоминание улучшается с каждым повторением.

В течение сотен лет во всем мире студенты-первокурсники на первых лекциях стараются записывать все подряд. Им не известно, запоминание чего от них потребуется, что у них будут проверять, и потому они не рискуют и стараются заучивать все. Здесь, как и в эксперименте Г. Эббингауза, слышится отголосок некритической эйдетической памяти детских лет, памяти, которую часто называют “фотографической”. С. Роуз пишет: “Многие, если не все маленькие дети, видимо, видят и запоминают эйдетически, но с возрастом эта способность теряется”. Он также размышляет о драматичности изменения природы памяти с достижением зрелого возраста, когда эйдетическая память у человека исчезает:

“Сознательно или неосознанно, но из всего многоцветья, шума и суматохи окружающей нас среды мы выбираем только определенную информацию, необходимую для запоминания. И помогают в этом отборе вырабатываемые нами блокирующие или фильтрующие механизмы, не позволяющие новой информации загромождать нашу память. Можно предположить, что для младенца вся получаемая информация имеет равное значение. Но при этом задействован и сложнейший механизм классификации, позволяющий регистрировать и выстраивать в сознании полученные сведения таким образом, что это дает возможность каждому индивидууму вырабатывать собственные критерии значимости явлений. В это время эйдетическая память, не оценивающая значимости поступающей информации, жизненно необходима, так как предоставляет широчайшие возможности для анализа входящей информации. Но, вырастая, мы учимся выбирать то, что в действительности важно”.

Так и студенты, перейдя на второй курс, начинают конспектировать общий смысл лекций, а не просто слова. Это уже их собственные комментарии и структурирование области знаний, являющейся предметом лекции.

Западное образование отрицательно относится к зазубриванию. Это по-детски, как и в случае с эйдетической памятью, — запоминать все без разбору. В современном представлении наибольшее значение для образования имеет селективная память, позволяющая выстраивать собственную схему знаний. Хотя само по себе это и не верно. Есть и коллективная память, существующая независимо от отдельной личности. В культурах, не имевших письменности, заучивание применялось для сохранения и передачи коллективной памяти племени. Искусственная память, тоже используемая в качестве коллективной, стара как сама история. В классе, до того как начнется запоминание, присутствуют учебники, тетради, видеокассеты, аудиокассеты, компакт-диски, содержащие задания и сведения, необходимые для их выполнения. Широко развивается компьютерная память. Мы наблюдаем возрастающую роль искусственной памяти как альтернативы памяти биологической. С. Роуз объясняет важность этого:

 

Рис.7. Типы коммуникационного хранения информации

Обработка

Компьютер, мозг и солнечные часы — все это системы обработки информации. Обработка в коммуникационном процессе — это создание изменений в одном из узлов сети, дающих новую информацию. Это происходит при соединении передаваемой информации с хранящейся. Результатом является производство новой информации, отличающейся от и входящей, и от хранящейся, которые ее породили. Вновь произведенная информация может сохраняться и/или передаваться.

Интуитивные модели нашего мышления при взаимодействии памяти и восприятия, новой информации, передаваемой чувствами, и информации прошлого опыта подобны работе солнечных часов. Результатом этого взаимодействия является производство новой информации. К. фон Вайцзекер дал такое определение: “...информация — это то, что производит информацию”.

Солнечные часы — простейшая коммуникационно-обрабатывающая система. Они имеют оцифрованный циферблат — это запрограммированная память. Солнечный луч сталкивается с гребнем, который отбрасывает тень. Так пересечение входящей информации с хранимой создает новую информацию — часы показывают время.

В мозгу каждого человека образование новой информации происходит по своим индивидуальным законам. Человеческая память основывается на уникальном запасе опыта и индивидуальных умственных способностях. Информация, воспринимаемая индивидуумом, даже если это сообщение масс-медиа, каждый раз является неповторимой в силу изменчивости условий, в которых она воспринимается, и количества сопровождающих ее помех. Столкновение уникальной информации с уникальной памятью выражается в образовании уникального выхода информации. Люди — часть нескончаемого потока информации. Взаимодействуя с этим потоком, мы в результате внезапно изменяем его так, что вниз по течению, во времени, вещи меняются.

Рис. 8 Коммуникационная обработка информации возникает, когда передаваемая информация вступает в контакт с хранимо. Результат – новая информация – может храниться и/или передаваться.

 

Компьютеры могут обрабатывать уже имеющуюся и производить новую информацию. Наука стремительно продвигается к разгадке тайн Вселенной благодаря информации, выдаваемой суперкомпьютерами. Способность компьютера обрабатывать данные запрограммирована в нем человеком, он, так же как циферблат и солнечные часы, является результатом человеческой изобретательности. Но не запрограммированы ли в свою очередь люди? Что такое обучение и образование, если не программирование? Образование можно рассматривать как процесс программирования людей людьми. Но так ли будет это в будущем? Дети уже сегодня используют машины для приобретения навыков счета. Но разве тогда они уже не запрограммированы машинами?

Мы попытались описать обработку коммуникационной информации на примерах работы солнечных часов или компьютеров. Это все равно, что применить схему Шеннона к описанию оперного выступления г-жи Кири Теканава. Рассмотренное выше не объясняет адекватно сложности процесса мышления человека и способности, называемой разумностью.

Обычные системы образования основываются на характерных для человека способах передачи информации, человеческой памяти и процессах обработки информации — мыслительной деятельности в ходе обучения. Но многие, возможно, согласятся, что в будущем можно будет использовать в образовательных системах информационные технологии как вспомогательную память. И, пожалуй, не откажутся от использования несложных систем обработки информации для целей обучения, таких, например, как обучение с помощью компьютера (ОПК).

Создали ли мы уже или способны создать в ближайшем будущем искусственный разум — вот один из самых дискутируемых академических вопросов нашего времени. С одной стороны, существует группа людей, которая, как М. Мински, доказывает, что искусственные разумы будущего будут в лучшем случае держать нас в качестве домашних любимцев. С другой стороны, есть Дж. Серл, Р. Пенроуз и Дж. Эдельман, которые утверждают, что машины никогда не будут обладать разумом. Дискуссии не хватает ясного определения предмета спора, потому что разум — неуловимое свойство человеческого мозга, которое, как и сознание, мышление и память, не поддается определению и познается лишь на основе личного опыта. Даже если искусственный разум уже соперничает с человеческим или даже в чем-то превосходит его, он продолжает развиваться в направлении, кажущемся разумным людям.

Фрактальное измерение в коммуникации

Коммуникация включает в себя все три функции — хранение, обработку и передачу информации. Представляется возможным увидеть последовательность коммуникационных процессов, напоминающих звенья цепи, в которой информация сохраняется, передается, обрабатывается, сохраняется и т. д. Записывая, мы соединяем мысль с бумагой, обработку с сохранением. Читая, мы соединяем свет с мыслью, передачу с обработкой. Фотографируя, мы соединяем свет с пленкой, передачу с сохранением. Демонстрируя фильм, мы соединяем пленку со светом, сохранение с передачей. Информация проходит различные звенья цепи с помощью преобразователей. Это такие приспособления, как микрофоны, фотоаппараты, телевизоры, видеоплейеры, позволяющие информации переходить от одной функции к другой. Даже ручка или свет, освещающий страницу, являются преобразователями, так же как и глаза, уши, нос, рот, руки и кожа. Назначение библиотеки — хранение информации. Телекоммуникационная компания призвана передавать информацию. Назначение компьютеров — обработка информации. Некоторые же коммуникационные системы могут быть предназначены для выполнения всех трех функций коммуникации. Примеры — телевизионная станция и школа.

 

Рис. 9 Фрактальное измерение в коммуникации. Точки a и b при ближайшем рассмотрении сами по себе оказываются сетями различных уровней.

 

Концепция сети основывается на сложности процесса коммуникации в целом. Термин может использоваться как для человеческих, так и для технологических коммуникационных систем.

Схема коммуникационных сетей состоит из линий, обозначающих каналы коммуникации, и точек в местах пересечения линий. Линии между точками называются связями и являются основным сетевым элементом в диаде. Это именно та связь между двумя точками, которую описывает модель Шеннона и без которой не может быть сети. Мы использовали идею сети для объяснения передачи информации между точками. Здесь рассматривается обработка информации как нечто, происходящее в точке при взаимодействии входящей и хранимой информации. Отсюда вывод — информация хранится в точке. Именно точки выполняют функции хранения, обработки и передачи. Нелишне напомнить и о том, что точки не обязательно статичны. Люди передают, хранят и обрабатывают информацию, находясь в движении. Переносной компьютер может использоваться как подвижная передающая, сохраняющая и обрабатывающая точка в такой сети, как Интернет.

Функционирование коммуникационной системы как сети позволяет ей обрести внутренние связи. Впрочем, ни одна коммуникационная система не существует изолированно. Все они имеют подсистемы и надсистемы. Сети могут быть как частями надсетей, так и иметь собственные подсети.

При рассмотрении коммуникации в таком аспекте ее природа напоминает фрактальные измерения. Фрактальная геометрия была разработана Б. Мандельбро как метод, описывающий такие структуры, как облака или деревья, не имеющие определенной формы. Если структура описывается на различных уровнях или этапах и в ней обнаруживаются одинаковые основные элементы, говорится, что она имеет фрактальное измерение. Фрактальная геометрия исследует алгоритмы, описывающие такие измерения. Наиболее яркий пример — береговая линия. Она не имеет четкой формы, потому что на любом уровне представляет собой чередование земли и воды в виде мысов и бухт. Фрактальное измерение проявляется и в коммуникации, в том, что при ближайшем рассмотрении точка сама оказывается коммуникационной сетью. И наоборот, коммуникационная сеть на другом уровне оказывается точкой в другой коммуникационной сети.

Чтобы понять это, проведем мысленный эксперимент. Представьте себе, что вы — точка в сети. В некоторый момент вы вступаете в контакт с другой такой же точкой, и потому возникает сеть — диада. Если ввести в нее еще одного человека — получится сеть — триада. Теперь представьте себя частью группы друзей, N-адной социальной сети. В данном случае мы занимаемся увеличением только размера сети, но сама сеть остается на уровне, где точки — это отдельные личности. Теперь перейдем на другой уровень и посмотрим, что же такое фрактальное измерение.

Представьте себя частью социальной сети коллектива класса. На одном уровне класс видится как помещение для людской сети, в которой каждый человек — точка. На другом уровне класс представляет собой точку в сети, состоящую из точек-классов, составляющих школу. Любое большое здание также может рассматриваться как коммуникационная сеть, в которой квартиры — это точки, а коридоры, лестницы и лифты — это связи.

Опять изменим уровень, представив себе дорогу со стоящими вдоль нее зданиями. Теперь здания — точки в уличной сети. Структура, состоящая из одной связи, с расположенными вдоль нее точками, называется автобусной сетью. Этот пример является иллюстрацией того, как дома, стоящие вдоль дороги, могут быть связаны при помощи транспорта, а также почты и телекоммуникации. Поднимемся теперь на такую высоту, откуда мы сможем увидеть внизу линии и пересечения дорог в городах и поселках, ставших теперь точками. Ночью, с высоты полета самолета, иногда можно увидеть цепочки огоньков, обозначающие города и дороги, это напоминает светящуюся схему сети. Поднимемся еще выше, на орбиту спутника, и целые города покажутся точками. На этих уровнях карты помогают рассмотреть сети, формируемые транспортными путями. Исследовательский проект японских ученых, известный под названием “Три-Т” (туризм, транспорт и телекоммуникации), занимается развитием сетей, пересекающих Тихий океан, которые обеспечили бы свободное передвижение людей, товаров и информации. В проекте придается огромное значение развитию гигантских узлов-точек, в которых пересекаются различные виды сетей. Такие города, как Сингапур, Шанхай, Гонконг и Токио/Иокогама, рассматриваются как связующие узлы морских, воздушных и телепортов, где пересекаются различные виды коммуникационных каналов, образуя суперкоммуникационные центры, называемые узлами “Три-Т”.

Обратим процесс вспять. От обзора полушария опустимся на уровень вашей страны с ее коммуникационными сетями, где каждая точка — это город. Опуститесь на уровень коммуникационной сети вашего города и остановитесь здесь.

Сначала вам покажется, что окружение, в котором вы существуете, — точка, но, всмотревшись, вы обнаружите, что это сеть. Вам представляется, что ваш дом — точка, но войдите внутрь — и он окажется сетью квартир, а в каждой квартире — сеть людей. Не останавливайтесь, представьте, что вы можете проникнуть в мозг одного из соседей, являющегося точкой социальной сети, и вы увидите миллиарды синаптических связей между нейронами, которые делают мозг сетью с количеством точек от десятков до сотен биллионов.

Изучение коммуникации косвенно предполагает существование коммуникационных сетей на различных уровнях. Персональные, межличностные, групповые, организационные, массовые и глобальные коммуникации рассматриваются как социальные уровни, внутри которых происходит человеческое общение.

Природа коммуникации различна на каждом уровне, и людям нужно переходить от уровня к уровню, чтобы удовлетворить свои коммуникационные потребности.

Образовательные системы являются коммуникационными, в то же время это сети, способные существовать на различных фрактальных уровнях.

Сети обладают функциями передачи, хранения и обработки информации, они связывают ученика, учителя, задания и теорию, являющихся как бы точками, обеспечивая таким образом процесс обучения.

Необходим детальный анализ этого положения, чтобы решить, насколько такой взгляд применим к классному образованию и может ли он служить основой для разработки сети виртуального класса в будущем.

Какой тип коммуникационной системы необходим образованию?

Каковы основные компоненты и функции образования? На основе предыдущего анализа природы образования и коммуникации можно утверждать:

Системы организованного обучения являются сложными коммуникационными системами, способными передавать, хранить и обрабатывать информацию. Целью их функционирования является оказание такой помощи учащимся, вследствие которой из не способных к выполнению заданий они превращаются в людей, хорошо с ними справляющихся. Цель находится в зависимости от коммуникационных сетей, совмещающих четыре фактора: ученик, учитель, задание и теория. Наблюдается явление фрактального пространства, выражающееся в том, что сеть, совмещающая четыре взаимосвязанных фактора, может оказаться точкой в сети более высокого уровня. Точно так же как точка в сети может сама оказаться сетью на более низком уровне. Наличие разных уровней в коммуникационной системе образования позволяет учащимся менять их в процессе обучения.

Чтобы применить эти положения к традиционному классу и разработке новой системы обучения в будущем, необходимо вновь рассмотреть основные функции коммуникации применительно к системам образования.

1.5 Системы передачи в образовании

 

Любое обучение стимулируется средой. Конечно, иногда люди учатся без непосредственного влияния извне. Всем знакомы внутренние размышления, приводящие к инстинктивному знанию. Однако такой тип мышления зависит прежде всего, от полученных ранее стимулов. Само по себе понятие обучения предполагает наличие неких не знакомых учащемуся знаний или навыков, которым ему необходимо обучиться.

Пять наших чувств можно воспринимать, как пять канатов, каждый из которых имеет свой диапазон. По ним информация в форме энергии достигает центральной нервной системы человека. Именно через эти каналы осуществляется обучение. Фома Аквинский говорил: “Человеческое знание начинается с чувств”. Образование — это нечто, что передается людям через их чувства.

Непосредственным стимулом является энергия, физически раздражающая рецепторы организма. Существуют также периферийные стимулы, не связанные с телом. Тот, кто кричит, создает периферийный стимул, в то время как воздействие звуковой волны на рецепторы уха вызывает стимул непосредственный. Человек воспринимает окружающий мир исключительно при помощи непосредственных стимулов. Именно на этом основании возможно создание виртуальной реальности. Можно обмануть ощущения, выдав искусственный мир за реальный.

Из пяти человеческих чувств, необходимых для обучения, самыми важными для образования являются зрение и слух, так как большинство занятий в классе проводится в письменной или устной форме. Но для того, чтобы охватить весь спектр задач, выдвигаемых реальным миром, необходима информация, поступающая ото всех органов чувств. Нет ничего удивительного в том, что на практических занятиях, направленных на приобретение конкретных навыков, особое внимание уделяется осязанию, вкусу и обонянию, особенно в таких областях, как виноделие, кулинария и спорт. Сторонники использования мультимедийных систем в образовании, как и их предшественники — энтузиасты аудиовизуального обучения 60-х гг., утверждают, что образование должно стать менее абстрактным и использовать как можно шире образ и звук, которые реально отражают мир. Н. Постман, напротив, уверен, что снижение грамотности, наблюдаемое в США, предвещает эпоху нового варварства. Не обучаясь чтению, люди теряют способность абстрактно мыслить и вместо этого воспринимают мир более непосредственно, как животные. Это крайние точки зрения. Иногда картина заменяет тысячи слов, в других случаях слово стоит миллиона фильмов. И еще: во время обучения мы должны осязать, обонять и чувствовать вкус. Обучение может привлекать все чувства ученика, и система передачи знаний должна способствовать этому. Классное помещение удовлетворяет этому требованию.

Чтобы зафиксировать в сознании обучающий образ, мы должны видеть его четко. То же касается и слышимости при прослушивании музыки, вкуса при приготовлении пищи, осязания при касании поверхности и обоняния при определении аромата. Такое обучение нуждается в достоверной информации. Это означает, что передача большого объема информации должна осуществляться в режиме реального времени, а для этого необходим широчайший спектр средств воспроизведения. Предположим, что широта спектра измеряется количеством информации, которая может быть передана в заданное время по какому-либо каналу. В мире телекоммуникаций любые усовершенствования стоят денег. Комизм ситуации заключается в том, что классное помещение как раз и является такой средой с широким спектром возможностей, и оно может быть использовано для передачи такого количества информации, которое только способны воспринять чувства, а мы используем его в основном для вербальных форм, которым широкий спектр ни к чему.

Многоканальное обучение подразумевает использование более чем одного чувства одновременно, и обычно им является преподавание с помощью зрения и слуха. Существует расхожее мнение, что рост количества стимулов для различных чувств увеличивает эффективность обучения. Доказательств этому нет. Гораздо более вероятно, что количество воспринимаемой нами информации ограничено. Очевидно, что сосредоточение на каком-либо одном чувственном восприятии идет в ущерб другим чувствам. При обучении необходимо переключение с одних ощущений на другие, настройка их спектра.

Нет никаких существенных различий в том, передается ли информация с целью обучения или с какой-либо другой целью. Тем не менее, взаимодействие ученика с учителем имеет определенные особенности. Обучение и практика призваны постоянно изменять способности ученика в обработке информации и проверять наличие таких изменений. Посмотрите, как серьезны липа ведущих телепрограмм новостей, сколько времени и усилий было затрачено на подготовку выпуска последних известий, однако никого из них не волнует, вспомнят ли о рассказанном ими на следующий день и возымеют ли их слова какое-то действие. Отличие обучающего процесса от информации, которая оповещает, развлекает, повелевает или убеждает, в том, что учитель должен убедиться (и это едва ли не основная его цель), что хотя бы часть из заучиваемого материала запомнилась. Обучающемуся необходимо запомнить материал таким образом, чтобы приобрести способность делать то, чего он не умел до начала обучения, причем применить свои навыки он должен наиболее эффективно, особенно если готовится стать летчиком или врачом. Для этого необходим процесс проверки качества знаний учащегося и его способности использовать их при решении определенной категории задач, а это, в свою очередь, означает, что образовательный процесс должен предусматривать наличие практики. Обучающемуся необходима обратная связь, чтобы убедиться, что он приобрел навыки выполнения заданий в ходе обучения. Ему также может потребоваться помощь по корректировке или совершенствованию полученных навыков, ведущая к постепенному их закреплению. Все это требует двусторонней мультимедийной связи учителя с учеником, с помощью которой оба могут инициировать коммуникацию и укреплять взаимную обратную связь.

Простейшая сеть обучения в виде полной дуплексной диады — учитель и один ученик, причем первый должен в совершенстве владеть предметом. Ситуация, когда учитель является источником знаний, традиционна. Примером здесь может служить музыкант и его одаренный ученик.

Этот факт может приниматься во внимание, когда учитель является источником уникальных знаний. В большинстве же областей образования знание существует независимо от преподавателя. Оно наличествует отдельно, в виде какой-либо сохраняющей системы, такой, как книга, например. Для чтения текста с определенной скоростью не нужен широкий спектр средств восприятия. Но иногда знания сохраняются с помощью приспособлений, нуждающихся в сложном техническом оснащении, например в 35-миллиметровых микропленках. Вскоре у нас появятся библиотеки, оснащенные высококачественным видеооборудованием, программным обеспечением для создания виртуальной реальности.

Проблемы, составляющие суть образовательного процесса (те, которые индивидуум не в состоянии решить самостоятельно), могут существовать в качестве явлений реального мира, которые можно потрогать, понюхать и попробовать на вкус, так же как увидеть и услышать. Поэтому как таковые они также существуют независимо ни от учителя, ни от ученика, ни от суммы знаний о том, как с ними поступать. Людям свойственно болеть, получать травмы и умирать, и это область проблем медицины. Здесь предметом изучения является больной, которого врач обязан излечить, обладая соответствующими медицинскими знаниями. Врачи обучаются в школах-больницах, где пациентами являются реальные люди. Другой пример: поведение кораблей в море — область, которой занимается наука о навигации. Моряки изучают свое судно в море. Таким образом, фундаментом образования является практическое применение знаний. Если поставленная задача нереальна, она может оказаться неразрешимой, бесполезной и даже опасной. В этом случае велика вероятность того, что ученики, столкнувшись с реально существующими проблемами, не смогут применить к ним полученные навыки. Системы передачи информации в образовании должны увязывать задание и теорию с преподаванием и обучением, это очевидно. В лучшем из миров диапазон этих связей постоянно расширится и скоро станет возможным предоставление информации всем пяти чувствам.

Итак, мы пришли к заключению, что потребности передачи информации в коммуникационных системах, используемых в образовании, выходят за рамки возможностей современных средств телекоммуникации, но вполне могут быть удовлетворены в классе.

Чтобы охватить весь спектр обучения, образованию необходима система передачи, которая должна быть полностью дуплексной (двусторонней), синхронно-асинхронной, обладающей широким диапазоном воспроизведения и преобразователями, позволяющими доставлять высокоточную информацию всем органам чувств. Такая сеть должна объединять преподавание, обучение, необходимую сумму знаний и правила постановки задания. Она также должна обладать способностью регулирования диапазона воспроизведения и изменения модальности.

1.6 Системы хранения в образовании

 

Любая форма обучения зависит от способности хранить сумму накопленных знаний так, чтобы иметь к ним доступ в случае необходимости. Любая форма преподавания также должна обладать определенным запасом знаний по изучаемым проблемам и располагать методами их решения. В случае, когда процесс обучения происходит в классе, знания и способы выполнения заданий содержатся в учебниках. Все большее и большее количество информации сохраняется в доступных для ЭВМ форматах, таких, как CD-ROM, или в пригодных для использования в телекоммуникациях базах данных. Наблюдается тенденция развития банков тестирования и ситуативного обучения, иначе говоря, сохранение в различных формах практических задач. Образование все больше становится симбиозом биологической и искусственной памяти. Вместо приобретения всего массива знаний, необходимых для выполнения задания, учащиеся знакомятся с основными принципами и понятиями, так как они легко могут получить доступ к более детальным знаниям, хранящимся в искусственной памяти различных систем.

В образовательных системах существуют отработанный иерархический процесс, в рамках которого изученное, прежде чем оно войдет в сумму знаний, необходимых для образования, подвергается критике. Университеты совмещают исследовательские и образовательные функции, работающие там ученые пишут книги и статьи о сделанных ими открытиях и выносят их на обсуждение своих коллег. Затем эти сведения передаются студентам, которые становятся впоследствии практическими работниками в данной области, а иногда и преподавателями. Так капля по капле новые знания и информация просачиваются в систему образования. С этим совмещается процесс их совершенствования и присоединение к массиву бесспорных знаний.

Сегодня большинство сведений хранится в виде письменного текста. Еще со времен великой Александрийской библиотеки массив знаний, содержащихся в книгохранилищах, считался основным исходным материалом для процесса образования. Это не означает, что все тексты представляют собой чистое знание. Книги, на которые ссылаются в качестве источника, цитируют другие книги. Существует текстуальная сеть, в которой письменные источники, входящие в иерархию знания, связаны между собой цитатами и ссылками друг на друга и представляют собой взаимосвязанную компактную сеть, называемую бесспорными знаниями.

Новое знание может быть присоединено к пантеону апробированного в том случае, если оно будет иметь связи с традиционными идеями и догматами, существующими в той же области. Другими словами, если оно удовлетворяет нормальной или общепринятой парадигме по Куну. А что происходит со знаниями, не вписывающимися в эту схему? Нет ли опасности, что разветвленная самоусиливающаяся система заморозит знание?

Практика больше, чем образование, способствует изменению среды обучения. Результаты практических занятий имеют особый характер, видимы и измеримы. Становится все более очевидным, что скорость обучения работников новым навыкам необходимо всемерно повышать. Люди становятся безработными, потому что у них нет навыков, необходимых в данный момент на рынке труда, и выражают всевозрастающую готовность платить за их приобретение. Обучение, сопровождаемое приобретением дефицитных навыков, становится дорогостоящим. Появился целый класс высококвалифицированных специалистов в области последних достижений информационных технологий. Эти люди останавливаются в самых роскошных отелях и заламывают богачам неслыханные цены за обучение. Однако недостатком слишком быстрого внедрения нового знания является опасность появления знания непроверенного.

Подвести итог всему сказанному выше можно следующим образом:

Чтобы охватить весь спектр обучения, образованию необходимо симбиотическое соотношение биологической и искусственной памяти, которое предоставляет любым органам чувств доступ к информации о знаниях, необходимых в процессе обучения. Новое знание и новые типы задач должны вводиться в образовательную среду быстро, но только те, достоверность и надежность которых в достаточной степени гарантированы.

1.7 Системы обработки в образовании

 

Основой процесса образования является приобретение учащимися способности решать определенный круг задач. Это происходит, когда все четыре фактора — ученик, учитель, теория и задания — взаимодействуют. В результате ученики становятся способны выполнить задание, с которым до этого не справились бы.

Для осуществления процесса обучения необходимо наличие коммуникационной сети, где действующими точками являются преподаватели и учащиеся, выступающие также источниками знаний и заданий. Это основные функции. Уберите учащихся — и у системы не будет цели. Уберите функцию обучения — и не возникнет ЗБР, не будет уверенности, что навыки действительно получены, неоткуда будет ждать помощи в трудных ситуациях. Без наличия заданий ученикам нечего будет решать и не на чем практиковаться. Без суммы теоретических сведений, соответствующих данному классу заданий, единственным путем их решения будет интуитивное приобретение знания.

В ходе осуществления функции обработки информации в коммуникационных сетях возникает фрактальное измерение. Если анализ образовательных систем в качестве коммуникационных адекватен, можно обнаружить, что точки обработки информации в образовательных сетях сами являются системами. Это мы рассмотрим в следующей главе.

Система обработки в образовательном процессе должна обеспечивать взаимодействие теории, задания, источника и получателя знаний. Эти элементы входят в точки сетей, имеющих, видимо, фрактальное измерение. Точки в сети, где осуществляется образовательный процесс, сами могут быть сетями на другом уровне. Взаимодействие информации носит динамический характер. Способность менять уровни фрактального измерения может быть очень важной.

2. Компьютеры в системе образования

 

Обучение при помощи компьютера (ОПК) на первых порах основывалось на принципе программированного обучения, где четыре фактора обучения — учитель, ученик, знание и проблема — располагались в непосредственной близости друг от друга. Такой подход осуществляется путем расчленения процесса обучения на легко усваиваемые единицы, которые выстраиваются в определенной последовательности таким образом, что обучаемый может легко передвигаться от одной единицы к другой. Единица знания представляется ученику, затем следует постановка проблемы в форме проверочного задания. Если обучаемый дает правильные ответы на поставленные вопросы, он передвигается к следующей порции знания и следующему тесту.

Другими словами, за знанием следует постановка проблемы, и, если обучаемый способен самостоятельно справиться с ее решением, значит, ЗБР отсутствует. В то же время, если обучаемый неправильно решает задачу, это говорит о том, что ЗБР имеет место и помощь преподавателя необходима. Эта потребность удовлетворяется на уровне вспомогательного контура взаимодействия, объясняющего суть взаимозависимости знания и проблемы, либо разбивает знание и проблему на еще более мелкие единицы деления. Основой объяснения в таких программах служит метод упрощения.

Данным шаблоном пользовались при построении ранних схем ОПК, за которыми последовало множество более совершенных программ, находящихся в настоящий момент в стадии разработки. Система хорошо работает на уровне приобретения базовых навыков. Но там, где цель обучения отличается определенной степенью сложности, успех утрачивает свою очевидность. Линейные последовательности, представляющие собой благоприятную почву для программирования, не позволяют свободно синтезировать то, что необходимо преподать. Учащиеся с трудом продвигаются выше уровня пары, а это при известном усложнении предмета уже является препятствием. Переключение на различные фрактальные уровни помогает обучаемым посмотреть на взаимосвязь между проблемой и знанием под множественными углами зрения и представить ее в более многогранном выражении.

Аналогично использованию телевидения в системе образования применение компьютеров в преподавании становится вес более совершенным с технологической точки зрения. Компьютеры могут использоваться при организации обучения через исследование. Такой способ в первую очередь ставит проблему, а затем позволяет обучаемому поработать с базой данных, найти необходимые знания и только после этого решить задачу.

Вариантом данного подхода может стать представление обучаемому проблемы, для решения которой ему придется прибегнуть к использованию компьютерных функций. Игровые методы позволяют учащимся работать с компьютером в составе группы и соревноваться друг с другом на этом уровне либо на уровне отдельных учеников. Такой метод получил распространение в подготовке военных и менеджеров, так как он открывает возможности компьютерного моделирования. Модели выполняют роль ситуаций реальной жизни и позволяют обучаемому манипулировать различными вариантами решении. Обучаемый может попытаться справиться с проблемами, возникающими в моделируемой среде, посредством использования знаний, доступ к которым открывают компьютерные программы. Именно с применения компьютерной технологии для решения задач моделирования и берет свое начало технология виртуальной реальности.

К упомянутому первому этапу также относится управляемое компьютером обучение (УКО). Это не что иное, как версия ОПК на макроуровне. Существуют три базы данных. Одна содержит информацию об учащихся, другая — задания и контрольные работы (проблемы), а третья заключает в себе методы и источники информации, необходимые для решения задачи (знание). Компьютер аналогично учителю-консультанту взаимодействует с обучаемыми на основе выдачи рекомендаций по общим направлениям их работы на оси “проблема-знание”.

Знание и проблема взаимодействуют друг с другом в соответствии с иерархией преподавания, определяющей последовательность процесса обучения. По аналогии с ОПК обучаемый усваивает определенный объем знаний, на этот раз ему, возможно, поручено прочитать какой-либо текст или выполнить другие традиционные обучающие действия при участии преподавателя. Потом ученику дается задание или проверочная работа с тем, чтобы определить, способен ли он решить проблему, с которой соотносится подлежащее усвоению знание. Если ученик справляется с полученной работой, то это означает отсутствие ЗБР, и после этого он может переходить к изучению следующей единицы знания. Если же ЗБР имеется в наличии, учащемуся будет предписано выполнение альтернативной программы изучения данной темы. Результаты выполнения задания и контрольной работы (как положительные, так и отрицательные) заносятся в личный файл обучаемого. Таким образом, осуществляется контроль за усвоением темы в установленной последовательности процесса обучения. Это дает возможность составить индивидуальную характеристику обучаемого, в соответствии с которой ему будут выдаваться рекомендации по интенсивности изучения материала. То же самое относится и к консалтинговым программам в таких областях, например, как планирование перспектив служебного роста.

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.

Виртуальная реальность

 

В последнем десятилетии XX в. по миру распространяется новая невиданная технология, которую называют “виртуальная реальность”. Такое впечатление, что именно она должна стать определяющим фактором развития в следующем тысячелетии. В настоящее время виртуальная реальность для большинства людей ассоциируется со специальным шлемом и перчаткой, которые способны погрузить надевшего их человека в фантастический мир компьютерной графики. Сравнивать нынешние представления о виртуальной реальности с тем, на что она будет способна к концу следующего века, — это все равно, что сравнивать первые примитивные эксперименты с герцевыми волнами с современными технологиями спутниковой связи. Виртуальная реальность в том виде, какой она имеет сейчас, не представляет собой серьезной альтернативы традиционной учебной аудитории как системе общения, направленной на усвоение знаний.

Такой альтернативой она может стать лишь в следующем веке, когда технология создания ВР станет настолько совершенной, что возникнет настоятельная потребность в ее внедрении. Поэтому на данном этапе мы можем только попытаться определить, что такое виртуальная реальность, и понять, какими могут быть перспективы ее будущего применения в системе просвещения. Только после этого мы сможем предположить, какие изменения в самой природе и фундаментальных основах процесса образования произойдут при использовании этой технологии в целях обучения.

Виртуальная реальность развивается в совокупности с определенным набором других технологий, каждая из которых в отдельности обладает способностью уже в следующем столетии полностью изменить картину окружающего нас мира. Та виртуальная реальность, которую мы собираемся рассмотреть, — это основанная на использовании компьютера технология, пределы развития которой не поддаются прогнозированию. В связи с этим напрашивается ряд вопросов, наиболее остро вставших в настоящее время: до какой степени и в какой форме технология компьютерной обработки информации способна генерировать искусственный интеллект (ИИ)? Будут ли созданные компьютерами виртуальные реальности населены существами, обладающими искусственным интеллектом? Смогут ли эти реальности сами стать продуктом искусственного интеллекта, который будет разрабатывать их и потом принимать решение, что с ними дальше делать? Виртуальная реальность будет привязана к проводным и беспроводным системам дальней связи. В настоящее время технология создания таких систем претерпевает коренные изменения, которые получат свое конкретное воплощение в следующем веке. Сейчас создаются информационные супермагистрали. Вскоре они вступят в строй, и это в значительной степени расширит возможности телекоммуникационных систем. В настоящее время они нашли свое применение в системах демонстрации видеофильмов по заказу, а также в обеспечении доступа к новым видам информационных услуг. В будущем они будут устанавливать связь между людьми посредством виртуальных реальностей.

Существует еще одна технология, имеющая непосредственное отношение к виртуальной реальности. Она находится в зачаточной стадии своего развития и называется “нанотехнология”. По убеждению Э. Дрекслера, суть ее состоит не только в тенденции к простой миниатюризации технических устройств. Можно будет говорить о настоящей технологической революции, когда человек станет способным создавать машины и компьютеры, а также управлять ими на молекулярном уровне. Именно в этот момент существование тотальной, реалистической среды виртуальной реальности станет действительно возможным.

Виртуальная реальность не есть нечто новое. На протяжении веков человек стремился получить доступ к ней. То, что мы будем называть создаваемой компьютером виртуальной реальностью (КВР), — это всего лишь новый способ делать то, чем люди уже занимаются на протяжении длительного времени. Познание действительности, которая кажется реальной, но на самом деле таковой не является, так же старо, как мечты, и люди пытались применять различные технологии осуществления этого процесса с тех самых пор, когда они начали рисовать на стенах пещер и употреблять действующие на сознание наркотические вещества.

Язык может вызывать в сознании образы явлений, не существующих в реальном мире, так же, как это делают волны видимого спектра, испускаемые экраном телевизора, или танцующие сполохи пламени костра. Отличие технологии ВР состоит в том, что с ее применением виртуальные реальности начинают вырабатываться компьютером, в отличие от тех виртуальных реальностей, которые создаются текстом, изображением или химическими препаратами и которые стали уже привычными для нас. Вопрос состоит в том, может ли КВР с точки зрения процесса обучения составить альтернативу тем технологиям ВР, которые представлены книгами и изображениями, используемыми в традиционной учебной аудитории.