Educational Technology & Society 4(1) 2001
ISSN 1436-4522
pp. 111-124

Моделирование учебной предметной области, или предметная модель обучаемого

Г.А. Атанов
Донецкий открытый университет, Донецк, Украина
atanov@dise.donbass.com

АННОТАЦИЯ
Статья развивает тему построения нормативной модели обучаемого. Часть нормативной модели обучаемого, определяющая знания по учебному предмету, является предметной моделью обучаемого. Предметная модель обучаемого из всего множества предметных областей выделяет учебные предметные области и, таким образом, является моделью учебной предметной области. Предложена пятикомпонентная предметная модель обучаемого. Тематическая компонента определяет программу курса, функциональная компонента определяет функциональную структуру знаний, а операционная компонента - структуру умений. Процедурная компонента определяет процедурные знания, а семантическая компонента передает содержание предметной области. Даны методики построения нормативной модели, приведены примеры по физике.

Ключевые слова
нормативная модель обучаемого, предметная модель обучаемого, тематическая модель обучаемого, функциональная модель обучаемого, процедурная модель обучаемого, операционная модель обучаемого, семантическая модель обучаемого.

 

Введение

Одной из главных задач высшей школы является разработка стандартов обучения. В сложившейся в настоящее время терминологии эта работа относится к моделированию обучаемого. В самом широком смысле под моделью обучаемого понимают знания об обучаемом, используемые для организации процесса обучения. Это множество точно представленных фактов об обучаемом, которые описывают различные стороны его состояния: знания, личностные характеристики, профессиональные качества и др.
Модель обучаемого является одним из центральных понятий современной дидактики. Оно возникло в компьютерных технологиях обучения и было вызвано необходимостью формализовать представления об обучаемом. Конечно, представления об обучаемом начали вырабатываться задолго до появления компьютеров, вместе с появлением самих обучаемых. Определенная формализация представлений об обучаемом началась вместе с дидактикой. Но именно компьютерные технологии обучения дали новый импульс развитию этих представлений, превратили их в объект глубоких исследований, перевели на качественно новый уровень [Брусиловский П.Л., 1992; Петрушин В.А., 1992; Dillenbourg E., Self J., 1992; Self J., 1994; Wenger E,1987]. В настоящее время моделирование обучаемого является развивающимся направлением искусственного интеллекта в обучении, под которым понимают новую методологию психологических, дидактических и педагогических исследований по моделированию поведения человека в процессе обучения, опирающуюся на методы инженерии знаний
Существуют три точки зрения, с которых можно рассматривать моделирование обучаемого, или наши знания об обучаемом. Во-первых, это знания о том, каков обучаемый есть; во-вторых, знания о том, каким мы хотим его видеть; и, наконец, знания о том, каким мы его можем увидеть. Первые устанавливаются путем анализа поведения обучаемого, и мы их будем называть поведенческой моделью обучаемого. Она изменяется вместе с изменением обучаемого, поэтому ее называют динамической, или текущей, моделью обучаемого. Механизмом построения этой модели является диагностика. За рубежом для этой цели часто используют термин когнитивная диагностика, и исследования в этой области развиты довольно широко [Self J., 1994; Wenger E.,1987].
Знания о том, каким мы хотим видеть обучаемого, требования к его конечному состоянию назовем нормативной моделью обучаемого (рис.1).
Эти знания, как правило, многогранны. Сюда относятся, например, требования к личностным качествам будущих специалистов, их профессиональным качествам и умениям, знаниям и умениям по различным учебным предметам, характеристикам физического и психического состояния и т.п. Это именно то, что называют стандартом образования. И конечной целью обучения является достижение такого положения, когда поведенческая модель обучаемого при выпуске совпадает с его нормативной моделью.

Рисунок 1. Схема нормативной модели обучаемого


Третья точка зрения основывается на том, что, в общем случае,существутвуют различные пути, или траектории, по которым могут продвигаться обучаемые в процессе обучения. С одной стороны, это могут быть корректные траектории, обусловленные правильными действиями обучаемых, предусмотренными нормативной моделью обучаемого, например, использованием различных приемов и методов решения одних и тех же задач. С другой стороны, различные траектории могут быть обусловлены ошибочными действиями обучаемых, и многие их ошибки могут быть заранее предугаданы преподавателем. Работа преподавателя по определению возможных ошибок обучаемых чрезвычайно полезна с дидактической точки зрения (на ошибках учатся!); перечень же этих ошибок (желательно, с полной проработкой ошибочной траектории) составляет специфическую модель обучаемого, которую называют моделью ошибок [Brawn J., Burton R., 1978; Sleeman D., 1982].

Пять компонент предметных знаний

Часть нормативной модели обучаемого, определяющую предметные знания, то есть знания по учебным предметам, назовем предметной моделью обучаемого [Атанов Г.А., Мартынович Н.Н., Семко А.Н., Токий В.В., 1997; Atanov G.A., Martynovitch N.N., Tokiy V.V., 1993]. Предметная модель обучаемого, таким образом, определяет смысловую сторону обучения предмету. В инженерии знаний такие знания называют экспертными знаниями, или моделью предметной области . Предметная модель обучаемого выделяет из всего множества предметных областей учебные области, так что это - модель учебной предметной области, или модель учебного предмета. Заметим, что если текущее моделирование является весьма развитой ветвью искусственного интеллекта, то вопросы экспертных знаний в обучении, моделирования предметных знаний развиты в значительно меньшей степени. И это понятно, так как специалисты по искусственному интеллекту, как правило, не являются таковыми в какой-либо иной предметной области. Кроме того, они, как правило, не являются специалистами и в дидактике.
Напомним, что, в соответствии с классификацией, существует разделение предметных знаний на декларативные и процедурные представление [Уэно, Х., Исидзука М.,1989; Петрушин В.А., 1992]. Первые представляют собой утверждения (факты) о свойствах объектов предметной области и отношениях между ними. Процедурные знания описывают порядок и характер преобразования объектов предметной области. Декларативные знания определяют содержательную, или семантическую, часть предметных знаний и порождают семантическую предметную модель обучаемого. Процедурные знания составляют процедурную предметную модель обучаемого.
Согласно деятельностной теории учения [Атанов Г.А., 2001 Машбиц Е.И., 1988], конечной целью обучения является формирование способа действий, а образ действий реализуется в практической деятельности через умения. Знания выступают в качестве средств, с помощью которых формируются умения. В инженерии знаний умения трактуются как поведенческие, или операционные знания. Механизмом формирования умений является оперирование знаниями (как декларативными, так и процедурными), проявляемое в поведении человека. Таким образом, предметная модель обучаемого включает в себя умения, которые должны быть сформированы в процессе обучения. Перечень этих умений назовем операционной предметной моделью обучаемого.
Одним из отличительных свойств знаний является их структурируемость. Очень важно, особенно для учебного материала, установить его структуру. Ибо усвоить определенную порцию учебных знаний - значит установить их место в структуре данного раздела учебного материала. Поэтому одной из задач при построении предметной модели обучаемого должно быть установление структуры предметных знаний. Изучение структуры учебного материала является самостоятельным предметом исключительно важного и глубокого исследования. Предметная же модель должна дать более-менее укрупненное представление, о чем знания. Это обычно делается перечислением тем, тематически. Перечень тем, подлежащих изучению, назовем тематической предметной моделью обучаемого.
Кроме того, методологически очень важно определить, какую роль играют те или иные знания, какие функции они выполняют, то есть осуществить функциональное структурирование. Это можно сделать, составив перечень функциональных рубрик, определив таким образом функциональные знания. При этом среди них могут быть знания, выполняющие как не преобразующие функции (декларативные знания, например, определения, следствия, выводы), так и преобразующие (процедурные знания, например, методики, алгоритмы). Вместе они составляют функциональную предметную модель обучаемого.
Таким образом, предлагается пятикомпонентная предметная модель обучаемого, состоящая из тематической, семантической, процедурной, операционной и функциональной частей (рис. 2). Такая модель по курсу общей физики создана на кафедре общей физики и дидактики физики Донецкого государственного университета [Атанов Г.А., Мартынович Н.Н., Семко А.Н., Токий В.В.., 1997; Атанов G.A. и др.,1993; Atanov G.A., Martynovitch N.N., Tokiy V.V., 1993; Atanov G.A., Efros T.I., 1997].

Рисунок 2. Схема предметной модели обучаемого

Тематическая предметная модель обучаемого

Тематическая предметная модель обучаемого известна с незапамятных времен, по сути дела, - это привычная всем программа читаемого курса. Она строится именно по тематическому принципу, в ней перечисляются разделы и темы, подлежащие изучению. Тематическая предметная модель обучаемого отражает общую структуру курса. При этом возможна детализация различной степени, но все-таки всегда это не сами предметные знания, не их содержание, а их названия. По сути дела, это определенные свойства, определенная характеристика предметных знаний, знания о предметных знаниях. Знания о знаниях называют метазнаниями. Таким образом, тематическая предметная модель представляет собой метазнания.
Это естественная и удобная для планирования и организации учебного процесса модель. Более того, она является обязательным нормативным документом, подготовка любого учебного курса начинается с ее создания (то есть с создания программы курса). Однако она излишне общая для того, чтобы ее использовать для диагностики.
Недостаточность для организации учебного процесса программы курса, в которой только перечисляются темы, подлежащие изучению, понята была уже давно. Ее стали усложнять, добавляя перечни практических, семинарских занятий, лабораторных работ. Академия педагогических наук бывшего СССР разработала схему программы, одним из необходимых элементов которой были так называемые ЗУН'ы - знания, умения, навыки, освоение и формирование которых предполагалось программой. Однако это был чисто механический шаг, так как и в знания, и в умения вкладывался все тот же тематический смысл. Приведем наглядный пример. Знать: теорему Пифагора (законы Ньютона, правила дифференцирования, …); уметь: применять теорему Пифагора (законы Ньютона, правила дифференцирования, …).
Описанный подход в Украине перенесен на моделирование специалиста, на конечную стадию обучения, где он имеет определенный смысл. Обязательным документом по каждой специальности является Образовательная профессиональная программа (ОПП), которая оговаривает нормативные требования к специалисту с точки зрения знаний и умений. Она играет роль государственного стандарта по специальности. Однако редко можно найти ОПП, в которой необходимые умения формулировались бы настолько конкретно, чтобы выступать в качестве достаточно конструктивной основы при построении продуктивного учебного процесса. Чаще мы имеем дело с общими фразами, а то и банальностями. Например, в ОПП по психологии (1998 год) указано, что специалист-психолог по курсу педагогической психологии должен уметь (всего три умения):

Как видно, умения формулируются в такой общей постановке, что говорить об их практическом смысле не приходится. Конкретизировать приведенные выше общие формулировки должен преподаватель, и, увы, мы знаем, чем это кончается. Слишком большую исследовательскую работу необходимо провести, чтобы из таких общих формулировок получить практически значимые положения. А ведь приведенный пример касается дисциплины, в которой эти вопросы должны разрабатываться в первую очередь. В технических курсах часто дело обстоит несколько лучше, потому что в них есть живые конкретные дела.
При обучении какой-либо определенной дисциплине такой подход (знать - уметь применять) оказывается практически бессмыслен. Очень ёмким является понятие уметь применять, и ответ типа "да/нет" не дает никакой пищи для диагностики. Здесь положительный результат может дать только операционный подход, когда будут выделены и обозначены элементы знаний (в том числе и умения).
Однако не стоит перегружать тематическую модель. Она должна решать свои узкие задачи, решение остальных задач целесообразно возложить на соответствующие другие компоненты предметной модели.

Функциональная предметная модель обучаемого

Как уже было отмечено, функциональная компонента предметной модели обучаемого - это не сами предметные знания. Она показывает, какую роль играют те или иные предметные знания. Поэтому функциональная предметная модель - это так же, как и тематическая модель, метазнания. Они имеют определенную структуру по горизонтали, которую можно передать с помощью рубрик.
Роль знаний, их функции зависят от конкретного предмета, однако при этом существуют общие для всех предметов рубрики, например, понятия, свойства. Отдельные предметы могут иметь специфические для них рубрики, определяемые существом этих предметов. Возможны случаи, когда рубрики совпадают для группы предметов, объединяемых по какому-либо признаку. Например, для физических курсов нами выделены такие рубрики: понятия, формулировки, законы, свойства, следствия, выводы, причины, формулы, уравнения, модели, методики, алгоритмы [Атанов Г.А., Мартынович Н.Н, Семко А.Н., Токий В.В., 1997; Atanov G.A., Martynovitch N.N., Tokiy V.V., 1993]. Рубрики имеют наполнение, которое также не передает семантику предметной области и является метазнаниями.
Функциональная предметная модель позволяет в необходимой степени детализировать то, что студент должен знать. Речь здесь идет о знании на репродукционном уровне, т. е. знать - значит помнить. Приведем пример по молекулярной физике. Студент должен знать (помнить):

  1. Определение понятий: моль, термодинамическая система, давление, температура, плотность концентрация, идеальный газ, термодинамический процесс, термодинамическое равновесие, уравнение состояния, молярная масса, длина свободного пробега;
  2. Формулировки и следствия: закона Паскаля, закона Архимеда, распределения Максвелла;
  3. Выводы: основного уравнения МКТ, барометрической формулы, формул для работы при изопроцессах;
  4. Формулы: средней длины свободного пробега, коэффициентов теплопроводности, диффузии, вязкости, внутренней энергии идеального газа;
  5. Свойства: газов в соответствии с их моделями; изопроцессов; цикла Карно; распределений Максвелла и Больцмана.

Семантическая предметная модель обучаемого

Семантические знания по учебным предметам содержатся в учебниках, учебных пособиях, другой учебной литературе. И каждый вид учебной литературы в определенном смысле является моделью этого предмета. Учебники представляют собой наиболее расширенную модель.
С точки зрения дидактики, в содержании любого учебника принято выделять две части [Машбиц Е.И., 1988]. К первой части относится информация, непосредственно составляющая содержание предмета, предметные знания, или СОД-1. Другая часть - СОД-2 - это информация, обслуживающая СОД-1 (например, сведения из математики, других предметов, выкладки, толкования, объяснения), информация о применении и использовании СОД-1 в других дисциплинах, а также в технике, в жизни и т.п.
Инженерия знаний в текстовых источниках знаний (в том числе и в учебниках) выделяет первичный материал наблюдений a, систему научных понятий b, субъективные взгляды автора и результат его личного опыта g, а также некоторые "общие места" или "воду" d [Гаврилова Т.А., Червинская К.Р., 1992]. В соответствии с этим можно говорить о наличии в учебниках наряду с СОД-1 и СОД-2 также СОД-3, что соответствует, в основном, знаниям типа d? т. е. "воде". Наша практика составления семантических предметных моделей обучаемого показывает, что СОД-3 иногда, особенно в учебниках по гуманитарным предметам, может достигать чрезвычайно больших объемов.
По сути дела, именно СОД-1 и составляет семантическую модель предметной области, или семантическую модель обучаемого. Однако эти знания в учебнике не выделены специально, они распределены по всему учебнику, переплетаются с другими знаниями, не формализованы.

Семантические факты

Семантические знания представляют собой декларативную компоненту предметных знаний, то есть фактические знания, так как процедурные знания реализуются в умениях (операционных знаниях). Таким образом, для того чтобы на основе учебника построить некоторую формализованную семантическую (содержательную) предметную модель, необходимо из него выделить факты и определенным образом их сгруппировать.
Общие вопросы представления фактов в обучении рассмотрены в работах [Атанов Ш.А., Пустынникова И.Н., 1997., Atanov G.A., Pustynnikova I.N., 1997]. По структуре факты могут быть самыми разнообразными, в той или иной мере сложными, или составными. Однако основу составляют элементарные факты, которые, выступая в различных отношениях, и образуют факты сложные. Например, физический факт "Процесс изменения со временем взаимного положения тел называется механическим движением", который, по сути дела, является определением механического движения, может быть разбит на три более простых факта:

  1. время растет,
  2. взаимное положение тел меняется,
  3. некоторый процесс называется механическим движением.
Приведенные факты уже не разлагаются на более простые и поэтому являются элементарными фактами. Хотя они и содержат предметные термины, но предметного смысла, или семантики, не имеют. Предметный смысл возникает только тогда, когда эти элементарные факты объединяются вместе. Простейший по составу факт, имеющий предметный смысл, получил название семантический факт. Семантический факт - это всегда законченная и единственная мысль, которая передается одним предложением, или высказыванием.
Семантическим фактом является приведенное выше определение механического движения. Больше того, любое определение понятия есть семантический факт. Однако семантические факты - это не только определение, они передают различное содержание. По сути дела, описанные семантические факты играют роль единиц знаний предметной области, ибо более мелкие порции этих знаний предметного смысла не имеют.
К семантическим фактам можно отнести и более сложные конструкции. Факт из детской психологии "Возрастные периоды, в течение которых ребенок наиболее чувствителен к определенному виду обучения, называются сенситивными" является определением и, несомненно, семантическим фактом. Это сложный фактом, который может быть представлен с помощью следующих элементарных фактов:
  1. существует несколько периодов в жизни ребенка;
  2. ребенок проявляет чувствительность к обучению;
  3. чувствительность ребенка к различным видам обучения различна;
  4. чувствительность ребенка к обучению различна в различные периоды;
  5. существуют периоды, когда чувствительность к обучению максимальна;
  6. некоторые периоды называются сенситивными.
Однако, в отличие от предыдущего, многие из приведенных элементарных фактов несут предметную семантическую нагрузку, т.е. сами являются семантическими фактами. Это элементарные семантические факты. Таким образом, можно говорить о семантических фактах первого и второго рода. Семантические факты первого рода опираются на элементарные факты, не имеющие предметного смысла; семантические факты второго рода опираются на элементарные факты, среди которых есть семантические факты первого рода.
Предметом семантических фактов являются понятия, явления, процессы, законы, теоремы, выводы, причины, следствия, свойства, признаки, модели и т.д. и т.п.

Семантический конспект

Полный набор семантических фактов, расположенных в порядке изучения материала, и представляет собой семантическую предметную модель обучаемого. Он получил название семантического конспекта. Таким образом, семантический конспект - это полный набор мыслей предметной области. Изданный отдельно, он представляет очень тонкую брошюру, потому что в ней нет выкладок, доказательств и объяснений. Тем не менее, она содержит все положения изучаемого курса. Для удобства конспект может быть разбит на тематические рубрики. В отдельных случаях они могут совпадать с тематической предметной моделью обучаемого. Но, как показывает опыт, здесь нет необходимости в излишней детализации, и указываются лишь основные разделы.
Все высказывания семантического конспекта пронумерованы. Каждое высказывание имеет номер, состоящий из двух частей, разделенных точкой. Первая часть - это номер раздела, к которому принадлежит данное высказывание, вторая часть - его номер в данном разделе. Кроме того, номера также стоят после высказываний. Это номера других высказываний, от которых данное зависит, которыми оно определяется, из которых следует. Связи между высказываниями могут быть очень простыми, например, ссылки на термины, которые употребляются в данном высказывании, и более сложными, глубокими, например, связь причины и следствия. Эти связи, по существу, определяют развитие учебного предмета, формальную логическую схему рассуждений, и студенты должны самостоятельно наполнить ее конкретным содержанием. Это обстоятельство способствует повышению эффективности обучения с использованием семантического конспекта.
В качестве примера приведем фрагмент семантического конспекта по физике.

Инерциальные системы отсчета
  1. Неинерциальные системы отсчета движутся относительно инерциальных с ускорением (1.4;1.6;2.27).
  2. При описании движения тела в неинерциальной системе отсчета можно использовать уравнение П закона Ньютона, если от действующих сил вычесть произведение массы тела на разность его ускорений в инерциальной и неинерциальной системах отсчета (1.16;2.2;2.27;2.31;6.1).
  3. Произведение массы тела на разность его ускорений в инерциальной и неинерциальной системах, взятое со знаком "минус", называют силой инерции (1.18;2.2;6.1).
  4. Введение сил инерции позволяет описывать движения тел с помощью одних и тех же уравнений как в инерциальных, так и в инерциальных системах отсчета (2.27;2.31;6.1;6.3).
  5. Зависимость сил инерции от массы делает их эквивалентными силам тяготения (2.5;6.3).
  6. Силу инерции, возникающую во вращающейся системе отсчета, называют центробежной силой инерции (1.4;4.3;6.3).
  7. Центробежная сила инерции пропорциональна произведению квадрата угловой скорости на расстояние от центра массы тела до оси вращения системы отсчета (1.26;4.3;4.6;6.6).
  8. При движении тела относительно вращающейся системы отсчета возникает сила инерции Кориолиса (1.4;4.3;6.3).
  9. Сила Кориолиса пропорциональна произведению скорости точки во вращающейся системе отсчета (относительной скорости) на угловую скорость этой системы (1.5;6.8).
  10. Как видно, высказывания этого раздела имеют не только свое внутреннее обоснование (ссылки на высказывание этого раздела), но и опираются на разделы 1 (Основные понятия), 2 (Динамика), 4 (Полная механическая энергия).
    Впервые семантический конспект (под названием опорный конспект) был создан автором еще в 1973 г. по курсу газовой динамики; впоследствии он был приведен в учебном пособии [Атанов Г.А., 1992]. Под руководством автора группой преподавателей кафедры общей физики и дидактики физики Донецкого государственного университета был разработан семантический конспект по всему курсу общей физики [Атанов Г.А. и др, 1993].
    Конспект с успехом используется не только в ДонГУ, но и в других вузах Донецкого вузовского центра. По мнению преподавателей, применяющих семантический конспект, а также студентов, он оказался эффективным средством в самостоятельной работе по закреплению материала, при подготовке к практическим и лабораторным занятиям. Конспект помогает уяснить структуру материала, освещаемого на лекции, выделить и запомнить наиболее существенные понятия. При этом "выживаемость" знаний существенно возрастает. Некоторые разделы курса, не представляющие особой трудности, могут быть вынесены на самостоятельное изучение, при этом соответствующие разделы конспекта служат своеобразным планом к этому изучению. Студенты отмечают особую ценность конспекта при подготовке к экзамену, когда из-за обилия информации существует опасность не выделить и не усвоить главное. Регулярно обращаясь к семантическому конспекту в течение семестра (а это не требует сколько-нибудь значительных затрат времени), студент к сессии помнит все высказывания, т. е. мысли, составляющие существо курса, у него готов его каркас, и он быстро наполняет его знаниями, которые составляют СОД-2.
    Обобщая сказанное, отмечу, что семантический конспект чрезвычайно полезен и для преподавателя. Во-первых, преподаватель может активно применять конспект в процессе обучения; во-вторых, работа над конспектом дает преподавателю новые представления об учебном предмете.
    Особо отмечу использование семантического конспекта для экспресс-контроля. Ведь конспект - это практически набор заготовок для тестовых заданий открытого типа. Осталось пропустить в высказывании какое-либо ключевое слово - и тестовое задание готово. Дальше я поступал следующим образом. Прочитав лекции по определенной теме (в среднем 2-3), в начале очередной лекции я раздавал студентам карточки с шестью такими заданиями. Через 3 минуты они должны были сдать листик с шестью словами - ответами на эти задания. И как студентам оказалось это трудно сделать! Ведь надо было восстановить смысл. Выручить в этой ситуации их могла только работа (непродолжительная, в течение буквально нескольких минут) с семантическим конспектом, и они вынуждены были это делать. В компьютерных обучающих системах тестовое задание открытого типа получило название активной подсказки и оказалось чрезвычайно эффективным средством организации ориентировочной части деятельности [Атанов Г.А., 2001; Атанов Г.А., Локтюшин В.В., 2000].
    При этом надо помнить, что написание семантического конспекта - дело очень непростое (хотя и благодарное). Это трудоемкая и кропотливая работа. Она требует от преподавателя глубокого знания учебной дисциплины, умения анализировать, синтезировать и обобщать учебный материал. Такая работа заставляет преподавателя вдумываться в каждое предложение, в каждую мысль, изложенную в учебнике. И в начале этой работы с большим удивлением открываешь, как неточно и некорректно сформулированы многие понятия и положения в учебниках и другой литературе и как эти неточности переходят из одной книги в другую без изменения. В общем контексте это не бросается в глаза, но часто становится очевидным, если сфокусировать внимание на конкретной мысли.
    Можно сформулировать следующие принципы создания семантического конспекта:
    1. Принцип дискретности. Фактические знания по предмету должны быть представлены в виде отдельных высказываний;
    2. Принцип завершенности. Общая совокупность высказываний должна отражать все фактические знания по предмету в полном объеме;
    3. Принцип лаконичности. Высказывания должны содержать минимальное количество слов, выражая при этом законченную мысль;
    4. Принцип первичности определений. Понятия впервые вводятся через определения. Никакое новое понятие не может появиться в высказывании, которое не является определением;
    5. Принцип единственности. Любое высказывание не должно содержать более чем одно новое понятие;
    6. Принцип недвусмысленности. Каждое высказывание должно являться простейшим семантическим фактом и выражать одну единственную мысль;
    7. Принцип последовательности. Высказывания должны быть расположены в порядке, соответствующем логике изложения изучаемого курса;
    8. Принцип самодостаточности. Любое высказывание должно даваться в полной формулировке, и его смысл не должен зависеть от других высказываний;
    9. Грамматический принцип. Структура высказываний должна подчиняться логике построения литературно правильной речи.

    Процедурная предметная модель обучаемого

    Как уже было отмечено, согласно существующей классификации общепринято подразделений предметных знаний на декларативные и процедурные. Первые представляют собой утверждения об объектах предметной области, их свойствах и отношениях между ними. По сути дела - это факты из предметной области, поэтому другим названием декларативных знаний является фактические знания. Процедурные знания описывают принципы и порядок преобразования объектов предметной области. Это могут быть алгоритмы, методики, инструкции, стратегии принятия решений. Их часто называют правилами и, таким образом, о декларативных и процедурных знаниях говорят как о фактах и правилах Это неправильно; ведь факты, по сути дела, также являются правилами, поскольку определяют, задают отношения между объектами предметной области, и эти объекты связываются между собой по определенным правилам. Больше того; все факты могут быть записаны в виде продукционных правил [Атанов Г.А., Пустынникова И.Н., 1997; AtanovG.A., Pustynnikova I.N., 1997]. Таким образом, и процедурные, и декларативные знания практически являются правилами, но правилами разного характера. Процедурные знания - это правила преобразования.
    Однако это положение требует дальнейшего уточнения, так как среди семантических фактов есть такие, которые несут в себе описание действия, производимого над объектами предметной области. При этом каждый из таких фактов не может быть представлен простым набором элементарных фактов, поскольку имеет смысл только в целостном виде. Для описания подобных фактов используются предикаты, и, по сути дела, такие факты тоже являются правилами преобразования [Уэно, Х., Исидзука М., 1989; Атанов Г.А., Пустынникова И.Н., 1997; Atanov G.A., Pustynnikova I.N., 1997]. Для пояснения этого положения рассмотрим определение материальной точки: "Материальная точка - это тело, размерами которого можно пренебречь в данных условиях". Это семантический факт, который состоит из трех элементарных фактов:

    1. размерами тела пренебрегают;
    2. некоторое тело называют материальной точкой.
    Эти факты разной природы. Первый факт по своему содержанию более емкий, так как он подразумевает внешнее действие на объект размер. Элемент пренебрегают является предикатом и предполагает преобразование элемента размер. Суть дела здесь заключается в том, что материальная точка является моделью реальных тел, а построение модели - это всегда преобразование исходного объекта. Поэтому через предикаты определяются все понятия, которые являются моделями. В физике это, например, абсолютно твердое тело, несжимаемая жидкость, идеальный газ, источник тока, колебательный контур и т.п. Всего в курсе общей физики нами выделена 51 модель.
    Правилами преобразования являются также те семантические факты, которые определяют, как из одних объектов получают другие объекты (не модели). Примером может служить следующий семантический факт: "Скорость находится как производная от перемещения по времени".
    Из сказанного следует вывод, что понятие процедурных знаний выходит за пределы семантического факта. К процедурным знаниям следует отнести правила, которые состоят больше, чем из одного высказывания, одной фразы. Это рецепты, инструкции, алгоритмы, методики, стратегии принятия решения. Список этих элементов знания и представляет собой процедурную предметную модель обучаемого. В курсе общей физики для технических вузов нами выделены 58 алгоритмов. Число методик зависит от конкретных рабочих учебных планов. Алгоритмы распределяются по следующим рубрикам:

    Операционная предметная модель обучаемого

    Как уже было отмечено, операционная предметная модель обучаемого представляет собой некоторый список умений. Здесь следует заметить, что, как это ни странно, в психологии деятельности вопросы умений практически не разработаны (думаю, что это отчасти объясняет практическое неиспользование деятельностной теории учения именно как теории).
    Анализ показывает, что усвоение какого-либо учебного предмета означает последовательное освоение нескольких блоков умений, составляющих систему умений [Атанов Г.А., 2001; Атанов Г.А., Эфрос Т.И., 1997; Атанов Г.А., Эфрос Т.И., 1997; Atanov G.A., Efros T.I., 1997]. Эти блоки составляют следующие умения: базовые;

    В предложенной системе системообразующим фактором является последовательность формирования умений. Умения из каждого блока сначала являются целью обучения, а после того, как они трансформируются в навык, т.е. соответствующее действие примет умственную форму, они перестают быть целью и превращаются в средство достижения новой цели, а именно - овладение умениями следующего блока.
    Базовые умения имеют самый общий смысл и определяются человеческой природой обучаемого. В свою очередь, они определяют когнитивные (познавательные) способности обучаемого. Методологические умения определяют подход к познанию. Общие умения выполняют организационные, обеспечивающие и исполняющие функции. Межпредметные умения также выполняют исполняющую функцию, однако имеют узкий смысл, ибо призваны подготавливать формирование умений по одному или нескольким определенным учебным предметам. И, наконец, предметные умения, или умения по конкретным предметам. Перечень именно этих умений и составляет операционную предметную модель обучаемого.
    Как видно, предметные умения вообще (по любому учебному предмету) в иерархии умений занимают высокое положение. Все они (как и умения из всех остальных блоков) имеют определенную структуру по горизонтали, т.е. являются сложными, или составными, умениями, и для их усвоения необходим широкий спектр умений более низких уровней: базовых, методологических, общих, межпредметных.
    Предметные умения определяются, в первую очередь, характером изучаемого предмета, хотя существуют предметные умения, общие для различных предметов. К ним можно отнести: Каждый учебный предмет, в свою очередь, имеет свойственные только ему общие и конкретные умения. Для примера приведем несколько общих умений по физике: Все указанные умения, как уже отмечалось, являются составными. Например, умение решать задачи состоит из следующих более простых умений: В свою очередь, состав умения выделять из условия задачи нужную для решения информацию может быть определен следующим образом: Для выполнения действий, соответствующих этим умениям, обучаемому необходимо овладеть умениями из предыдущих блоков, а именно: Набор таких подготавливающих умений может быть получен для каждого предметного умения. Однако, как мы видели, все эти умения являются составными; раскрывая их состав, можно получить более детальную и разветвленную структуру служебных умений, подготавливающих освоение данных. Таким образом строится пирамидальная семантическая сеть [Гладун В.П., 1994] - пирамида умений.
    В соответствии с содержанием учебного материала по всем разделам общей физики выделены конкретные умения следующего характера: находить, определять, строить, получать, вычислять, рассчитывать, оценивать, различать, выделять, выбирать, учитывать, представлять, переходить, разлагать, составлять, обобщать, применять, пользоваться, формулировать, иллюстрировать. Ниже приведен фрагмент перечня конкретных умений. Конкретные умения по молекулярной физике и термодинамике:

    Заключение

    Предложенное предметное моделирование обучаемого открывает новые возможности для проектирования и организации учебного процесса. Оно позволяет: более детально определять содержание обучения, которое составляют умения и знания, обеспечивающие формирование этих умений; усилить практическую сторону учебного процесса и обеспечить реализацию деятельностного подхода в обучении; повысить эффективность контроля учебной деятельности, в первую очередь, путем детальной диагностики знаний и, главное, умений; разрабатывать новые виды учебной деятельности.

    Литература

    [Атанов Г.А., 1992]Атанов Г.А. Газовая динамика. - Киев: Выща школа, 1992.
    [Атанов Г.А., 2001]Атанов Г.А. Деятельностный подход в обучении. - Донецк: ЕАИ-пресс, 2001.
    [Атанов Г.А., Локтюшин В.В., 2000] Атанов Г.А., Локтюшин В.В. Организация вводно-мотивационного этапа деятельности в компьютерной обучающей системе - Образовательные технологии и общество, 2000 № 1 (1), http:/ifets.ieee.org/ periodical/vol_1_00/ informal_summary_katy_luchini.html.
    [Атанов Г.А., Мартынович Н.Н., Семко А.Н., Токий В.В., 1997]Атанов Г.А., Мартынович Н.Н., Семко А.Н., Токий В.В. Программа курса физики как предметная модель обучаемого - Современные проблемы дидактики высшей школы: Сб. избран. трудов Междунар. конф./ Отв. ред. Г.А. Атанов. - Донецк: ДонГУ, 1997. - С. 112-120.
    [Атанов Г.А., Пустынникова И.Н., 1997]Атанов Г.А., Пустынникова И.Н. Структурирование понятий предмет- ной области с помощью методов представления знаний - Искусственный интеллект, № 2, 1997.- С. 29-40.
    [Атанов Г.А., Эфрос Т.И., 1997]Атанов Г.А., Эфрос Т.И. Система умений в обучении - Современные проблемы дидактики высшей школы: Сб. избран. трудов Междунар. конф./ Отв. ред. Г.А. Атанов. - Донецк: ДонГУ, 1997. - С.100-111.
    [Брусиловский П.Л., 1992]Брусиловский П.Л. Модели обучения - Техническая кибернетика, № 5, 1992. - С. 97-119.
    [Гаврилова Т.А., Червинская К.Р., 1992]Гаврилова Т.А., Червинская К.Р. Извлечение и структурирование знаний для экспертных систем. - М.: Радио и связь, 1992.
    [Гладун В.П., 1994]Гладун В.П. Процессы формирования новых знаний. - София: СД Педагог 6, 1994.
    [Машбиц E.И, 1988]Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения. - Москва: Педагогика, 1988.
    [Петрушин B.A., 1992] Петрушин В.А. Экспертно-обучающие системы. - Киев: Наукова Думка, 1992. А
    [Уэно, Х., Исидзука М., 1989]Представление и использование знаний: Пер. с япон, Под ред. Х. Уэно, М. Исидзука. - М.: Мир, 1989.
    [Атанов G.A. и др.,1993]Программированный опорный конспект по физике, Г.А. Атанов, Т.Д. Белая, Б.И. Бешевли и др. - Киев: НМК ВО, 1993.
    [Atanov G.A., Efros T.I., 1997]Atanov, G.A., Efros, T.I. System of skills in instruction as a part of the learner model//Proceedings of the Intern. Conference on Computer Assistant Learning CAL-97. UK, Exeter, 1997.- P.369-372.
    [Atanov G.A., Martynovitch N.N, Tokiy V.V., 1993]Atanov, G.A., Martynovitch, N.N., Tokiy, V.V. The Program of the Physics Course as a Student Model, Proceedings of the Intern. Conference on Computer Technologies in Education ICCTE'93. - Kiev, Ukraine, 1993.- P.138.
    [Atanov G.A., Pustynnikova I.N, 1997]Atanov G. A., Pustynnikova I. N. Representation and Structuring of Domain Knowledge by the Semantic Networks and Productions Methods.Proc. of the 8th Intern. PEG Conference: Meeting the Challenge of the New Technologies. - Sozopol, Bulgaria, 1997.-P.392 - 393.
    [Brown J., Burton R., 1978]Brown J., Burton R. Diagnostic models for procedural bugs in basic mathematical skills, Cognitive Science, № 2, 1978. -P.155-192.
    [Dillenbourg E., Self J., 1992]Dillenbourg, E., Self, J. Framework for Learner Modelling, Interactive Learning Environments, Vol.2, Issue 2, 1992.- P.lll-137.
    [Self J, 1994]Self, J. Dynamics of Learner Models, Artificial Intelligence and Education. -Amsterdam: IOS, 1994.
    [Sleeman D., 1982]Sleeman, D. Assessing aspects of competence in basic algebra, Intelligent Tutoring Systems. - New York: Academic Press, 1982.-P.185-199.
    [Wenger E., 1987]Wenger Е. Artificial intelligence and tutoring systems. Computational approaches to the communication of knowledge. - Los Altos: Morgan Kaufmann, 1987.