Концептуальные основы проектирования дистанционных курсов

Савюк Лариса Александровна

доцент, к.т.н., кафедра компьютерных технологий в системах управления и автоматики,

Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа,

ул. Карпатская, 15, г. Ивано-Франковск, 76019, (+3803422)48000

lorasavuk@rambler.ru

 

Аннотация

В статье рассмотрены возможности разработки дистанционных курсов для студентов технических специальностей с применением технологии ассоциативного мышления. Технология основана на проектировании концептуальных карт связи основных понятий предметной области. Применение данной технологии в дистанционном обучении позволяет провести структуризацию и классификацию электронного контента дистанционного курса с максимально возможной визуализацией. Приведен пример применения технологии ассоциативного мышления в виде концептуальной карты курса “Теория автоматического управления”. Проведен анализ существующего прикладного программного обеспечения разработки диаграмм связи (концептуальных карт), в том числе специального плагина в структуре модульной объектно-ориентированной системы управления  процессом дистанционного обучения LMS MOODLE.

The paper considers the possibility of developing distance learning courses for technical students using the technology of associative thinking. The technology is based on the design of conceptual communication cards of basic concepts in the subject area. Application of this technology in distance education allows for the structuring and classification of electronic content of a distance course with the best possible visualization. An example of applying the technology of associative thinking in the form of a conceptual map of the course "Automatic control theory" is given. The analysis of existing application software of the design of the communication diagrams (the concept maps), including a special plug-in in modular structure of an object-oriented control system of process distance learning LMS MOODLE is carried out.

Ключевые слова

ассоциативное мышление, концептуальная карта, электронный конвент, система управления процессом обучения, дистанционный курс, дистанционное обучение;

associative thinking, conceptual map, electronic content, Learning Management System, distance learning course, distance learning.

Введение

Образовательные процессы в современном обществе сопровождаются возрастающими информационными потоками, разобраться в которых не просто человеку любой возрастной категории и интеллектуального уровня. Для улучшения своего материального положения, обеспечения карьерного роста, переквалификации и получения второй профессии каждой личности приходится сталкиваться с концепцией обучения на протяжении всей жизни (Long Life Learning).

Знания, которыми человек владеет с получением диплома о высшем образовании, имеют отрицательное свойство со временем стираться из памяти. В некоторых случаях этому способствуют монотонные и однообразные служебные обязанности, а иногда причиной является сам человек. В круговерти каждодневных обязанностей и забот мы забываем о том, что наши умственные способности требуют не меньше заботы и тренировок, чем физического здоровье организма. Несомненно, важной задачей вузовской подготовки является обеспечение будущих специалистов соответствующим багажом фундаментальных и профессиональных знаний. Но самое главное научить их самостоятельно добывать и закреплять новые знания в условиях глобальной информатизации мирового сообщества.

Решение поставленной задачи предусматривает привлечение в процесс обучения студентов высших учебных заведений инновационных технологий и методик преподавания. Инновационными их можно назвать лишь условно. Большинство современных педагогических теорий и технологий преподавания появились на свет в зарубежных странах в ХХ столетии.  Там они укоренились и с успехом используются в целях прогрессивного развития и совершенствования личности в социуме. К таким прогрессивным теориям можно отнести философию социальной конструктивной педагогики, теорию педагогических измерений, теорию концептуального (ассоциативного) мышления.

Рассмотрим истоки возникновения, основы, возможные области применения ассоциативных карт мышления, как основного продукта теории концептуального мышления. Эффективность применения технологии построения ассоциативных карт исследована на примере профессиональной подготовки студентов специальности “Системная инженерия” кафедры компьютерных технологий в системах управления и автоматики (КТиСУ) Ивано-Франковского национального технического университета нефти и газа (ИФНТУНГ). Предлагается активно использовать технологию ассоциативных карт для представления электронного контента в структуре дистанционных курсов (ДК) систем дистанционного обучения (СДО), разработанных на основе всемирно известной модульной объектно-ориентированной динамической системы управления процессом обучения в сети Интернет (Learning Management System  Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment) – LMS MOODLE.

Теоретические основы теории концептуального мышления

Графические методы записи и систем моделирования знаний использовались на протяжении веков в методиках обучения, мозгового штурма, запоминания, визуального мышления для решения проблем, возникающих в процессе деятельности педагогов, инженеров, психологов и представителей многих других специальностей [1].

Технология ассоциативного мышления является одновременно инструментом альтернативного представления информации в виде древовидных диаграмм,  способом изображения процесса общего системного мышления и эффективным методом активизации творческих способностей личности. Диаграмма связей, известная также как интеллект-карта, карта мыслей (Mind Maps),  или ассоциативная карта, связывает ветвями центральную идею или проблему с определяющими понятиями, вспомогательными идеями, задачами, методами и алгоритмами решения основной проблемы.    

В основе данной технологии лежит принцип “радиантного мышления”,  отправной точкой при этом является центральный объект. Радиант в астрономии определяется как точка небесной сферы, из которой исходят видимые пути тел с одинаково направленными скоростями, например, метеоров одного потока [2]. В применении к мыслительным процессам сравнение с радиантом указывает на бесконечное разнообразие возможных ассоциаций и, следовательно, неисчерпаемость возможностей человеческого мозга. Подобный способ записи информации  позволяет диаграмме связей неограниченно расти, динамически развиваться и дополняться по мере усовершенствования знаний и опыта личности. Таким образом, рассматриваемую технологию, с нашей точки зрения, естественно называть радиантным мышлением, а диаграммы связей сферы разработки СДО  – ассоциативно-концептуальными картами.

Одни из самых ранних примеров графических записей информации были представлены философом III века н. э. Порфирием из Тироса, который графически изобразил концепцию категорий философии Аристотеля.

В 1910 году Генри Л. Гантом были разработаны, стали популярными и используются до сих пор ленточные и  столбчатые диаграммы (гистограммы). Диаграмма Ганта - это один из видов диаграмм связей, который используется для иллюстрации планов, графиков работ в приложениях по управлению проектами.

Инструмент создания  ассоциативно-концептуальных карт  использовался с 1970-х годов для осуществлении революционного прорыва в экономике Японии. В то время разрабатывались и активно использовались  следующие типы карт:

·  диаграмма связей;

·  древовидная диаграмма;

·  диаграмма Исикавы;

·  диаграмма осуществления деятельности.

Известно и несколько более сложных и громоздких способов построения ассоциативно-концептуальных карт по принципу диаграмм. Эти методы были предложены Э. Голдраттом в 1980-х гг. в рамках популярной концепции менеджмента, которая получила название теории ограничений  (Theory of constraints). Данная концепция предлагает концентрировать организационные ресурсы на устранение ограничений (конфликтов), которые мешают компании полностью реализовать её потенциал.  Метод рассуждений Э. Голдратта позволяет успешно разрешать множество противоречий: между сроками изготовления и качеством продукции, её стоимостью и затратами на производство, требуемой производительностью труда и имеющимися материальными ресурсами предприятия. Рассуждения при реализации поставленных задач Э. Голдратт представляет в виде диаграмм, которые получили название  “грозовая туча” и “деревья текущей и будущей реальности” [3].

Область применения технологии радиантного мышления является практически неограниченной. Её инструменты применяют менеджеры, специалисты в управлении проектами, программисты, WEB-дизайнеры, научные работники, писатели, преподаватели и простые люди для разрешения конфликтных и проблемных ситуаций в своей жизни. Технология радиантного мышления может с успехом использоваться в учебно-воспитательном процессе личности, начиная с самого раннего возраста. К сожалению, в большинстве случаев авторами идеи создания и технологии разработки ассоциативно-концептуальных карт (карт ума, ментальных карт, интеллект – карт) считают предприимчивых американцев Тони  и Барри Бьюзенов, которые в 1974 году представили миру свою книгу под названием “Супермышление” [4]. Однако, на западе появление этой технологии  связывают с работами Дж. Новака, выполненными в Корнельском университете (США) в 60-х годах ХХ века. В России примерно в это же время похожие идеи получили развитие в теоретических работах Г.П. Мельникова и П.Г. Кузнецова по системологии и широко использовались Г.П. Щедровицким и его последователями в организационно - деятельностных играх.

Таким образом, Т. Бююзену следует отдать должное за современную реализацию идей Дж. Новака в виде ассоциативно-концептуальных карт. С помощью технологии ментальных карт (Mind Maps) ему удалось создать ряд успешных компьютерных программ, в том числе платный прикладной пакет по автоматизированному проектированию  ментальных карт іMindMap. Сегодня Т. Бьюзен является автором  более 100 книг, обладателем целого ряда почетных степеней в разных сферах науки и искусства, наибольшего в мире уровня “коэффициента творческого мышления”, звездой в средствах массовой информации, являясь участником, ведущим или продюсером многочисленных теле-, видео- и радио передач. Основой технологии радиантного мышления, по мнению всех упомянутых авторов, является активизация при её использовании работы левого и правого полушария головного мозга человека.

Согласно положениям психологии, левое полушарие отвечает за следующие функции в мыслительной деятельности человека [5]:

1.  Обработку вербальной информации: контроль  языковых способностей, речи, способности к чтению и письму, запоминанию фактов, имён, дат.

2. Аналитическое мышление: способности к логике, анализу ситуаций и поступающей информации, распознавание чисел и математических символов.

3.  Последовательная обработка информации по этапам.

Правое полушарие головного мозга владеет абсолютно иными функциями, такими как:

1. Обработка невербальной информации: обработка информации, которая выражается в символах и образах.

2. Воображение:  мечты, фантазии, сочинительство, способности к музыке и изобразительному искусству.

3. Параллельная обработка информации: одновременная обработка разнообразной информации, рассмотрение проблемы в целом без применения  процедуры анализа.

   Дж. Новак в работе [1] предлагает абсолютно новый подход к пониманию мыслительных процессов индивида в процессе обучения. Память рассматривается как совокупность отдельных подсистем: кратковременной, рабочей (оперативной) и долговременной памяти. При этом могут быть задействованы три канала передачи и обработки поступающей информации: подсознательный, моторный и конструктивный.  Информация в мозг человека поступает через систему кратковременной памяти и далее, в зависимости от организации познавательной деятельности, продолжает свою обработку в рабочей памяти с возможностью сохранения результатов в долговременной (постоянной) памяти человека (рис.1.).

Рис.1. Взаимосвязь подсистем памяти человека

Все подсистемы памяти человека взаимосвязаны, обработка новой информации осуществляется в кратковременной и рабочей памяти человека, но при этом технология конструктивного мышления позволяет подключать знания долговременной памяти путём запуска процесса ассоциаций и использования знаний и опыта индивида.

Технология  радиантного мышления в педагогике и дистанционном образовании

Ассоциативно-концептуальные карты имеют широкий спектр применения в педагогических целях. Они с успехом могут применяться в образовании и повышении уровня знаний человека, начиная с самого юного возраста на протяжении всей жизни. Технология радиантного мышления сегодня востребована средними школами, колледжами, профессиональными училищами, высшими учебными заведениями гуманитарного и технического направления подготовки.

Перечислим основные возможности применения ассоциативно-концептуальных карт в профессиональной деятельности преподавателя:

1. Подготовка к лекциям и их презентация. В отличие от линейного представления материала ассоциативно-концептуальная карта позволяет максимально сократить время на подготовку к проведению занятий, проводить необходимую структуризацию карты по мере накопления опыта и появления новой информации в предметной области. При передаче информации от преподавателя к студентам карта может служить раздаточным материалом для совместной работы и установления обратной связи с аудиторией, презентация лекции в виде ассоциативно-концептуальной карты помогает преподавателю безукоризненно и логически построить план проведения занятия.

2. Организация зачётов, экзаменов и других мероприятий диагностирования уровня знаний. Всемирная педагогическая практика доказывает, что при использовании ассоциативно-концептуальных карт в качестве стандарта ответов студента на вопросы экзаменационных билетов значительно повышается надёжность диагностики их уровня знаний, умений и навыков.

3. Планирование работы преподавателя. Применение ассоциативно-концептуальных карт позволяет провести рациональное распределение учебного времени и установить взаимные связи между отдельными модулями дисциплины.

4. Научно-исследовательская и методическая работа. В современных условиях преподаватель вынужден заниматься постоянным совершенствованием своих знаний, поиском новых информационных источников, написанием научных статей, монографий и учебников. Использование технологии радиантного мышления является доскональным инструментом уменьшения временных и интеллектуальных затрат преподавателя для решения задач данного класса.

В учебно-воспитательной работе со студенческой аудиторией освоение и интеграция технологии радиантного мышления может дать следующие позитивные результаты:

·  активизация творческого мышления при разрешении разнообразных научных проблем индивидуального и группового уровня;

·  улучшение памяти и конструктивистский подход при освоении новой предметной области;

·  структуризация содержания предметной области;

·  организация взаимодействия между преподавателем и студентами, студентами между собою;  

·  оперативный анализ и суммирование информации по поточным результатам обучения.

Технология радиантного мышления и техника создания ассоциативно-концептуальных карт поддерживается на уровне современных  информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) широким спектром программного инструментария, в том числе с открытым программным кодом. К такому программному обеспечению (ПО) могут быть отнесены такие известные прикладные пакеты, как кроссплатформенные ПО для построения диаграмм связей FreeMind и XMind.

Прикладной пакет FreeMind имеет удобный интерфейс пользователя и обеспечивает создание карты-схемы с разветвленной структурой и ссылками на внешние источники информации. При разработке ассоциативно-концептуальной карты любой предметной области особенную ценность представляет собой вложенная структура проекта. Например, любую дисциплину фундаментальной или профессиональной подготовки,  утверждённую рабочим планом,  можно представить набором карт следующей структуры: дисциплина – семестр – модуль – содержательный модуль – обучающий элемент. На рис. 2 приведена ассоциативно-концептуальная карта трёх семестровой дисциплины “Теория автоматического управления”, которая разделена на три содержательные части: теория линейных, не линейных и дискретных систем. Наведенная карта является интерактивной и имеет внутренние связи с вложенными картами. Декорирование отдельных ветвей позволяет обратить внимание студентов на очерёдность прохождения материала курса и важность его отдельных элементов.

 

 

Рис.2. Ассоциативно-концептуальная карта дисциплины

“Теория автоматического управления”

 

На рис.3. представлен проект ассоциативно - интеллектуальной карты изучения основ анализа линейных систем автоматического управления. Рассматриваемое ПО позволяет осуществить доступ к внешним источникам информации в виде изображений, текстовых файлов, электронного контента сети Internet. Исследования возможностей прикладного пакета FreeMind позволили установить следующие его важные преимущества:

1. возможность установления межуровневых связей;

2. автоматизация масштабирования связей;

3. максимальная адаптация сервисных функций к интерфейсу программ, которые включены в состав пакета Microsoft Office;

4. широкие возможности экспорта разработанных проектов;

5. русскоязычная версия ПО;

6. возможность ограничения доступа для проведения несанкционированных изменений проекта;

7. обеспечение документирования всех поточных корректировок в процессе создания карты.         

Единственным недостатком прикладного пакета FreeMind является отсутствие Web-сервиса для группового режима работы над картами и невозможность интегрирования в LMS MOODLE в виде функционального модуля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис.3. Ассоциативно - интеллектуальная карта изучения основ анализа линейных САУ

 

 

Обратимся к организации процесса дистанционного обучения (ДО), как прикладной области использования технологии радиантного мышления и инструмента ассоциативно-концептуальных карт. ДО предусматривает двух стороннюю коммуникацию между студентами и тьютором (преподавателем ДО) в СДО, которую принято называть системами управления процессом обучения (Learning Management Systems). При этом, основная часть учебной нагрузки приходится на самостоятельную познавательную деятельность субъектов обучения, которая характеризуется открытым доступом к образовательным источникам информации, диагностики уровня знаний и обеспечивается информационными технологиями и средствами коммуникаций.

Логическим выводом из определения ДО является возможность и оправданная необходимость интеграции технологии радиантного мышления в современные СДО. Наиболее перспективной и динамической системой подобного класса является LMS MOODLE. Проект по созданию и информационной поддержке LMS MOODLE открыт в 90-х годах ХХ столетия. Основой проекта является теория социального конструктивизма и современные педагогические теории – теория педагогических измерений, теория чтения и письма в сети Internet. LMS MOODLE является бесплатным ПО с открытым программным кодом (Free Open Source) на условиях открытой лицензии GNU (General Public License – GPL).  Постоянная поддержка проекта через сайт администраторов, преподавателей, научных исследователей (moodle.org) и компанию разработчиков (moodle.сом) обеспечивает динамическое развитие и усовершенствование функциональных возможностей системы.

Не остался без внимания разработчиков  и сторонников   LMS MOODLE вопрос разработки модуля поддержки техники проектирования ассоциативно -  интеллектуальных карт.

Первая, не совсем удачная, с точки зрения функциональной зрелости, попытка разработки модуля поддержки проектирования ассоциативно-концептуальных карт предпринята в 2011 году, когда на сайте поддержки пользователей LMS MOODLE появилась информация о дополнительном модуле проектирования концептуальных карт MindMap с описанием следующих возможностей:

·  добавление и удаление узлов в разных слоях ассоциативно-концептуальной карты;

·  перемещение слоёв и отдельных узлов;

·  сворачивание и разворачивание выбранных веток концептуальной карты;

·  форматирование названия отдельных элементов карты;

·  масштабирование изображения созданного проекта.

На рис. 4 представлена ассоциативно-концептуальная карта дисциплины “Теория автоматического управления”.  Разработанный проект отличается простотой и невозможностью подключения внешних информационных источников любого формата. Однако, даже такое простое универсальное средство обеспечивает режим групповой работы в процессе создания проекта и расширяет возможности LMS MOODLE в области совместной активной деятельности студентов.

 

      

Рис.4. Ассоциативно-концептуальная карта, созданная с использованием модуля

 

 

В 2011 году исследователями отдела электронной и информационной техники национального университета Южной Кореи разработан инструмент автоматизации разработки ассоциативно-концептуальных карт, который получил название OKmindmap и является Web-ориентированным сервисом группового доступа к проекту. Главным достоинством разработки является возможность интегрирования программного обеспечения в структуру  LMS MOODLE, при этом сохраняются все функциональные возможности инструментария пакета.

В процессе тестирования данного ПО была создана ассоциативно – концептуальная карта одного из разделов дисциплины “Теория автоматического управления ” (Рис.5). Данное ПО имеет преимущества, схожие с функциональными возможностями среды FreeMind, за исключением функций  работы со встроенными пиктограммами, несовершенством опции вставки видео-файлов и рисунков, автоматического масштабирования изображения карты, трудностью создания вложенных структур. Как и любой программный продукт  пакет OKmindmap не обладает полным совершенством, однако авторы проекта удостоены премии за инновационные решения  в области информационных технологий с финансированием работ по совершенствованию ПО до 2013 года.

Рис.5. Ассоциативно-концептуальная карта, созданная в среде OKmindmap

 

Студенты, аспиранты и магистры кафедры КТиСУ ИФНТУНГ под руководством преподавателей поставили для себя задачу создания функционального модуля проектирования интерактивных ассоциативно-концептуальных карт в структуре LMS MOODLE. Модуль призван  обеспечить альтернативное представление дистанционных курсов с возможностью разбиения предметной области на элементарные кластеры с привязкой к узлам разработанной концептуальной карты.

Заключение

Описаны возможности и перспективы использования технологии радиантного мышления для интеллектуализации процессов обучения, в том числе и в структуре СДО. Представление дистанционных курсов в виде ассоциативно-концептуальных карт позволит провести их структуризацию, оптимизацию объёма электронного контента, привлечь студентов к творческим процессам освоения учебного материала, повысит уровень их профессиональных знаний.

Инструментальная поддержка инновационных решений в области ДО поможет преодолеть негативное отношение к методам и алгоритмам ДО, особенно со стороны профессорско –преподавательского состава ВУЗов технического направления подготовки.

Овладение основами технологии радиантного мышления и техники проектирования ассоциативно-концептуальных карт поможет выпускникам ВУЗов свободно ориентироваться в возрастающих потоках информации с целью повышения своих профессиональных знаний, переквалификации, смены деятельности с минимальными моральными, материальными и часовыми затратами.

Инновационная технология радиантного мышления расширяет рамки и является проверенным и надёжным инструментом реализации европейской концепции образования на протяжении всей жизни (Long-Life-Learning). Согласно этой концепции современному мировому сообществу необходимы профессионалы, которые умеют самостоятельно учиться  и работать с возрастающими потоками информации. Целевые вложения материальных ресурсов в фундаментальные, профессиональные знания, образование стают стратегически выгодными и надёжными для любой сознательной личности.  

 

 

Литература

1. Joseph  D. Novak, Alberto J. Cañas The theory underlying concept maps and now to construct and use them [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://cmap.ihmc.us/Publications/ResearchPapers/TheoryCmaps/TheoryUnderlyingConceptMaps.htm (дата обращения: 21.02.2012).

2. Диаграмма связей: Материал из википедии – свободной энциклопедии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki (дата обращения 22.02.2012).

3. Детмер Уильям Теория ограничений Голдратта: Системный подход к непрерывному совершенствованию.– М.: Альпина Паблишер, 2008.– 444 с.

4. Тони и Барри Бьюзен Супермышление .– : СПб.: Попурри, 2007.– 320 с.

5. Специализация левого и правого полушарий: Мир психологии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.psyworld.ru/students/lessons/lessons_text/

spezializaziya_lew_i_praw_polushariy.htm (дата обращения 27.02.2012).