Электронные образовательные ресурсы

Такие термины как компьютерные средства обучения, виртуальные лабораторные работы, имитаторы, АЛП УД, ИОС, АОС, интерактивные обучающие системы, и т. д., используемые работниками учебных заведений (а также и разработчиками указанных средств), в настоящее время трактуются совершенно по-разному, как правило, в очень урезанном, неполном, смысле, или слишком широком, а часто приводятся вообще без определения.


Образец ЭОР

В значительной степени эти связано с тем, что имитаторы развиваются в контексте разнонаправленных научных векторов компьютерная графика, инженерная психология, эргономика, когнитивная наука, информатика и т. д.

Отсутствие точных и однозначных трактовок (толкований) терминов вызывает множество трудностей при создании и внедрении самих средств. В первую очередь, это связано с сложившимся взаимонепониманием между разработчиками, заказчиками и конечными пользователями имитаторов.

Для решения указанной проблемы необходима достаточно простая, но в тоже время точная и универсальная классификация. Использование термина имитатор на базе программно-аппаратной платформы (или Computer-base имитатор) основывается на наиболее общепринятом в зарубежных источниках и достаточно абстрактном термине simulator т.е. воспроизводящий, копирующий. Приставка на базе программно-аппаратной платформы или Computer-base также является достаточно общепринятой и понимается как программно-аппаратная реализация.



Далее по тексту, вместо термина имитатор на базе программно-аппаратной платформы используется термин имитатор. Предлагаемая классификация основывается на рассмотрении имитаторов с двух точек зрения: имитаторы как структурные компоненты процесса обучения, т.е. как средства и методы обучения, имеющие множество отличительных признаков (1-3 итерация). имитаторы как отдельный класс программного-аппаратного обеспечения, имеющий множество отличительных признаков (4-8 итерация). Для удобства практического использования, процесс классификации разбит на 9 последовательных классификаций, на каждой из которых происходит уточнение понятия имитатор. Тем самым обеспечивается ступенчатый переход от абстрактного понятия к достаточно определенной и обоснованной классификации.

1 классификация как структурного элемента процесса обучения. В современном понимании процесс обучения рассматривается как процесс взаимодействия между учителем и учениками с целью приобщения учащихся к определенным знаниям, навыкам, умениям и ценностям. Структурными компонентами процесса обучения являются средства и методы обучения. Методы обучения включают цель обучения, способ усвоения и характер взаимодействия субъектов обучения, а средства обучения это материальные объекты и предметы, используемые в учебном процессе в качестве носителей учебной информации, инструмента деятельности педагога и учащихся для достижения поставленных образовательных целей (т.е. реализация методов). В этом смысле средства и методы обучения являются взаимозависимыми, что дает возможность первичной классификации понятия имитаторов как определенных средств обучения, применяемых в определенных методах обучения. Нахождение областей этих определений позволит классифицировать термин более точно.

2 классификация как средства обучения. Используемые в педагогике классификации средств обучения, относят имитаторы к категории технических средств обучения (ТСО) системы, комплексы, устройства и аппаратура, применяемые для предъявления и обработки информации в процессе обучения с целью повышения его эффективности. Классификация средств обучения (как и многое в педагогике) различна в зависимости от положенного в основу признака [80, -С. 402-441], тем не менее, по функциональному назначению ТСО обычно разделяют на три основных класса: информационные, контролирующие и обучающие. Нахождение области методов обучения (т.е. цель обучения, способ усвоения и характер взаимодействия субъектов обучения), в которой применяются ТСО позволяют классифицировать их по методам обучения

Классификация ТСО по методам обучения

Лекции, семинар.
Цель Создание представления обзорного характера по какой-то теме или проблеме; систематизация и обобщение знаний по теме или разделу.

Способ Восприятие и осмысление информации, сообщаемую педагогом. При лекционном изложении материала слушатели, как правило, не имеют возможности проявить инициативу.


Образец ЭОР -Лекция, виртуальный инструктор рассказывает и показывает

Лабораторные работы.

Цель Получение знаний на основе процесса получения и обработки экспериментальных данных количественных характеристик реальных физических величин, определяющих поведение исследуемого объекта, процесса или явления, подтверждающих или опровергающих сформулированные целевые функции проведения эксперимента.

Способ Обучающий физический эксперимент, ставящий целью отработку основных приемов и технологий планирования и проведения эксперимента, включая его основные этапы: формулировка цели и задач исследований, определение способов и методов достижения цели, используемое оборудование и технологии.


Образец ЭОР лабораторная работа проведение виртуального эксперимента

Курсовое проектирование
Цель Обучение применению полученных знаний при решении комплексных задач, связанных со сферой деятельности будущих специалистов.

Способ Применяется на заключительном этапе изучения учебного предмета; результатом является написанная курсовая работа или курсовой проект (согласно учебным планам и программам).


Образец ЭОР проверка настроек ПИД-регулятора

Сертификация или аттестация.
Цель Оценка навыков и профессиональных умений специалистов с целью их последующей сертификации или аттестации

Способ Ответы на вопросы (теория), правильность выполнения действий (практика).


Образец ЭОР обнаружение нарушений промбезопасности и охраны труда

Практикум.
Цель Практическое изучение устройства, принципа работы, наладки, регулировки оборудования, характерного для осваиваемой профессии.

Способ Выполнение заданий с использованием специализированного оборудования.


Образец ЭОР для практикума запуск и останов винтового компрессора

Тренинг, повышение квалификации.
Цель Формирование и совершенствование у обучаемых профессиональных навыков и умений, необходимых им для управления материальным объектом.

Способ Многократное выполнение обучаемыми действий, свойственных управлению реальным объектом.


Образец ЭОР тренажер -действия персонала при глушении скважин

Таким образом, имитаторы могут применяться практически на всех стадиях учебного процесса. Имитаторы для лабораторных работ и лекций формируют знания, имитаторы для практикума формируют умения, тренажеры уже эти умения совершенствуют и т.д. Имитаторы для сертификации и аттестации могут использоваться для диагностики и контроля процесса. Стоит отметить, что данная классификация не учитывает задачи промышленного инженеринга (оптимизация на этапе конструирования и эксплуатации, нахождение узких мест), разбирательства по авариям и другие области применения имитаторов, напрямую не связанные с обучением, а связанные больше с профессиональной деятельностью. Также за рамками рассмотрения остались возможности реабилитации с помощью имитаторов и т.д.

3 классификация уровню и отрасли образования. По уровню образования: общее образование (дошкольное образование, начальное общее образование, основное общее образование, среднее общее образование, дополнительное образование детей) профессиональное образование (начальное профессиональное образование, среднее профессиональное образование, высшее профессиональное образование, бакалавриат, подготовка специалистов, магистратура) послевузовское профессиональное образование (аспирантура, докторантура, повышение квалификации, второе высшее образование) профессиональная подготовка и переподготовка Каждый уровень образования, в рамках данной классификации, отличается специфическими целями, требованиями к составу восприятия, внимания, мышления и т. д. Дополнительно возможно уточнение классификации по направлениям подготовки (специальностям).

4 классификация по методу реализации. Рассмотрение имитаторов как технических средства обучения, применяемых в определенных методах обучения и реализованных в виде программно-аппаратного обеспечения

Таким образом были классифицированы области применения имитаторов на основе характеристик задач, решаемых в этой области. Дальнейшая классификация выполняется с позиции практической программно-аппаратной реализации выделенных видов (типов) имитаторов. С этой точки зрения имитатор может быть рассмотрен уже как отдельный класс программного-аппаратного обеспечения, имеющий множество отличительных признаков. Определение имитаторов как отдельного класса программного-аппаратного обеспечения в достаточной степени обосновано в диссертационной работе автора Разработка системы автоматизированного проектирования компьютерных имитационных тренажеров. Это обоснование основывается, в первую очередь, на совмещении требований и ограничений, указанных в стандартах и спецификациях, имеющих прямое или косвенное отношение к имитаторам:

• распределенное имитационное моделирование (IEEE 1516)
• DIS
• CAPE-OPEN
• OPC
• хранение и предоставление электронных образовательных ресурсов (IMS, ADL, LTSC, SCORM)
• эргономические требования по работе с компьютерными системами отображения информации (ISO 9241, ISO 10075, ISO 13407)
• ГОСТ 26387-84 Система человек-машина. Термины и определения, Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы и др.

Определение имитаторов как отдельного класса программного-аппаратного обеспечения дает возможность перейти к их более детальной классификации по наиболее важным (для классификации) специфическим для данного обеспечения признакам: по используемым средствам и методам взаимодействия обучаемого с имитатором; по методу реализации механизма имитации; по количеству агентов и их функциям; по возможности объединения имитаторов в единую имитационную систему. по возможности использования в LMS-системах (поддержка спецификации SCORM)

5 классификация по используемым средствам и методам взаимодействия обучаемого с имитатором. Под взаимодействием в данном случае понимается процессы передачи на основные органы восприятия пользователя программно управляемых воздействий, а также процессы получения производимых пользователем действий для последующего обеспечения реалистичной реакции имитируемой среды. Для реализации этого взаимодействия в настоящее время применяются различные методы и аппаратные средства: На основе стандартных средств ввода\вывода. Полная или частичная копия рабочего места в железе (полномасштабные модели щитов управления и т. д.). На основе систем формирования виртуальной реальности.



6 классификация по методу реализации механизма имитации. Под методам имитации понимается метод обеспечения генерации модели имитируемого процесса или оборудования. Генерация модели может быть реализована 2 способами: программная реализация; программно-аппаратная реализация. Программная реализация обеспечивает генерацию модели имитируемого процесса или оборудования на основе только математической модели. Программно-аппаратная реализация обеспечивает генерацию модели имитируемого процесса или оборудования на основе математической модели и данных, получаемых с реальных датчиков.

7 классификация по количеству и функциям агентов. Задачи обучения, решаемые с помощью имитатора, могут быть решены одним пользователем или могут требовать одновременной работы множества пользователей, как правило, выполняющих различные функции. В соответствии с этим возможна следующая классификация имитаторов: одно-пользовательские; многопользовательские; многопользовательские с инструктором. Имитаторы, рассчитанные на применение одним агентом, очевидно являются наиболее простыми в реализации (в рамках этой классификации). Такие имитаторы являются самыми многочисленными, т.к. большинство задач обучения, может быть успешно реализовано 1 человеком. Реализация одновременной работы множества агентов необходима в тех случаях, когда выполнение задачи подразумевает совместные действия агентов. Например, при обучении определенным действиям на буровой установке могут быть задействованы бурильщик, помощники бурильщика и т.д., реализующих различные функции. Также следует отметить тот факт, что агент в многопользовательских имитаторах это не обязательно человек, в функции агента может исполнять и математическая модель, такие агенты называются виртуальными или искусственными. Многопользовательские имитаторы с инструктором (как правило это тренажеры) отличаются от просто многопользовательских тем, что инструктор (количество инструкторов может быть различным), в отличии от других участников обучения, не участвует в выполнении задачи обучения, а выполняет совершенно другие функции, например: останов и повторный запуск тренажера; сохранение любой контрольной точки в качестве исходных начальных состояний для последующих тренировок; введение неисправностей, задаваемых инструктором во время тренировки или вводимых по заранее составленному сценарию; изменение граничных условий в ходе тренировки; протоколирование действий оператора и инструктора с возможностью вывода результатов на печать; контроль действий оператора инструктором с возможностью вмешательства в управление технологическим процессом; подача сигналов ложной тревоги, команд диспетчера, начальника и т.п.; изменение масштаба времени и т.д.

8 классификация по возможности объединения имитаторов в единую имитационную систему. Возможность объединения различных имитаторов (в том числе разных производителей) в один комплекс дает возможность классификации, в соответствии с которой имитаторы могут быть: с возможностью объединения; без возможности объединения. Создание множества отдельных, не связанных между собой тренажеров, закономерно породило необходимость перехода к большим распределенным имитационным системам, потенциал и эффективность которых неизмеримо выше. Объединив ряд уже имеющихся имитаторов, можно получить имитационную систему с принципиально новыми возможностями. В качестве примера можно привести следующее, например, имеется имитатор (тренажер) танка, самолета и командного пункта. Объединив эти имитаторы, можно получить систему имитации боя, которая может представлять интерес сама по себе, а также повторно использует возможности отдельных имитаторов. При этом не следует путать распределенные системы с многопользовательскими, например, имитатор может обеспечивать одновременную работу нескольких обучаемых, но не может быть связан с другими имитаторами.

9 классификация по возможности использования в LMS-системах (поддержка спецификации SCORM). Данная классификация связана с вопросами практического внедрения имитаторов, такими как: облегчение поиска, рассмотрение и использование учебных объектов (в т.ч. имитаторов) учителями, инструкторами или автоматически процессами в ходе выполнения образовательных программ, а также облегчение совместного использования таких объектов путем создания каталогов и хранилищ. Наибольший интерес представляет инициативная группа прогрессивного распределенного обучения (Advanced Distributed Learning ADL), основанная в 1997 г. министерством обороны США. Результатом выполнения этой программы стало создание ссылочной модели совместно используемых объектов образовательного контента спецификация SCORM. Фактически эта модель представляет интеграцию различных стандартов и спецификаций (например, LTSC, IMS CP) в единую модель контента и представляет техническую инфраструктуру, позволяющую совместно использовать объекты в распределенной обучающей среде. На данный момент спецификация является одной из наиболее используемых в мире, фактически, является де-факто стандартом предоставления электронного образовательного контента. Поскольку возможность использования имитаторов в современных системах управления обучением (LMS) представляет значительный интерес, в данной работе приводится детальное рассмотрение указанной спецификации Возможность использования имитаторов в современных системах управления обучением (LMS), т. е. поддержка спецификации SCORM, дает возможность классификации, в соответствии с которой имитаторы могут быть: с возможностью использования в LMS системах; без возможности использования в LMS системах.

Надеюсь, что данная статья улучшит взаимонепонимание между разработчиками, заказчиками и конечными пользователями имитаторов.