УДК 378.147

На правах рукописи

Анисимова Наталья Сергеевна.

Теоретические основы и методология использования

мультимедийных технологий в обучении.

Специальность: 13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания

(информатика, уровень профессионального образования).

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

.

Санкт-Петербург 2002.

1

Работа выполнена на кафедре информатики Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена

Научный консультант- академик РАО, доктор физико-математических наук, профессор Бордовский Геннадий Алексеевич доктор педагогических наук,

Официальные оппоненты:

профессор Алексашина Ирина Юрьевна доктор педагогических наук, профессор Радионова Нина Федоровна член-корреспондент РАО, доктор технических наук, профессор Советов Борис Яковлевич Санкт-Петербургский институт

Ведущая организация:

точной механики и оптики (Технический университет)

Защита состоится 21 ноября 2002 года в 1100 на заседании диссертационного совета Д 212.199.03 Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена по адресу: 191986, г.

Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, дом 48, корп. 1, ауд. 237.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета имени А.И.

Герцена.

Автореферат разослан 21 октября 2002г.

Ученый секретарь диссертационного совета Симонова И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.

Актуальной задачей современного этапа развития информационного общества является формирование принципиально новой информационной культуры. В это понятие включаются внедрение в мировое информационное пространство, участие в профессиональных информационных процессах, умение оперировать информационными ресурсами, представленными в различных видах, умения использовать мультимедийные средства представления информации для самовыражения.

Формирование информационной культуры во многом происходит в школе и в вузе в результате изучения новых направлений информатики. К этим направлениям относятся: телекоммуникации, мультимедиа и гипермедиа технологии, технологии объектно-ориентированного и визуального программирования, распределенные вычисления и базы данных.

Использование мультимедийных технологий подразумевает, что выпускники педагогических университетов должны иметь специальную информационную подготовку, в совершенстве владеть механизмами поиска, анализа и сбора информации, должны уметь зрительно воспринимать выражение идей, понятий, процессов и уметь выражать свои идеи посредством использования различных видов информации.

Концепция двойного кодирования и идеи конструктивизма Пиаже поставили задачу поиска новых подходов в обучении, которые могли бы воздействовать на оба полушария головного мозга, включить дополнительный источник повышения интенсификации обучения, связанный с образным мышлением. Мультимедиа-технологии, которые соединяют в себе как возможность одновременного получения образа объекта, процесса в различных информационных представлениях (графика, звук, видео), так и реализацию динамики движения, преобразования объектов в виде анимации, позволяют решить эту задачу.

Актуальной стала проблема разработки методик внедрения мультимедийных технологий в процесс познания, использование которых в образовании может внести значительный вклад в эффективность обучения.

Внедрение мультимедийных технологий требует постоянного обновления идей и содержания школьного и вузовского образования, в том числе по информатике, а также подготовки новых педагогических кадров, способных детально изучать и внедрять эти технологии.

Постановка проблемы и начальные этапы ее реализации были осуществлены в восьмидесятых годах двадцатого века А.П. Ершовым, Б.С.

Гершунским, Е.И. Машбиц, Н.Ф. Талызиной и другими учеными.

Значительное место проблемам педагогики информационного общества и информационным технологиям в непрерывном образовании уделено в работах Г.А. Бордовского, В.А. Извозчикова, И.А. Румянцева, Б.Я.

Советова, вопросы фундаментальной подготовки в области информатики исследовали В.В. Лаптев, М.В. Швецкий. Разработке информационной среды вуза и подготовке педагогических кадров для работы в этой среде уделяется большое внимание в работах В.П. Соломина. Методологическим аспектам открытых систем посвящены труды В.И. Воробьева, оценки качества программных систем и обучения разработаны в работах А.В.

Копыльцова. Внедрение идей объектно-ориентированного проектирования в обучение информационным технологиям предложено Е.В. Барановой, модели обучения в условиях развивающего интернет-образования разработаны И.В. Симоновой. Вопросы искусственного интеллекта рассмотрены в работах И.Л. Братчикова. Значительное место уделяется вопросам разработки методик обучения информатике в школе в работах Н.В. Макаровой, Т.А. Бороненко, известны работы в области развития познавательных интересов Г.И. Щукиной, Ланиной И.Я. Большой вклад в развитие методических систем обучения внесли Г.Г. Хамов, И.Б. Готская.

Новые образовательные технологии в области педагогики, адекватные современным информационным условиям предложены в работах Н.Ф.

Радионовой, А.П. Тряпицыной, Н.Л. Стефановой. Вопросы психологических аспектов компьютеризации обучения исследуются в работах Л.А. Регуш.

мультимедийных технологий в образовании остаются открытыми. Не обоснована необходимость использования мультимедийных технологий в обучении, нет системного исследования по вопросам какие знания, умения и навыки должны быть сформированы у учителей, чтобы применять мультимедийные технологии в практической деятельности, не разработана методика обучения учителей мультимедийным технологиям, не разработаны методики изучения различных предметов с использованием мультимедийных технологий.

Анализ современного этапа развития информационных технологий и использования их в образовании, позволил выявить противоречие между возможностями технического и программного обеспечения современных компьютеров, глобальных и локальных сетей и уровнем их применения в обучении. Таким образом, проблема определения теоретических основ и методологии использования мультимедийных технологий в обучении является актуальной.

Объект исследования – процесс формирования знаний, умений и навыков использования мультимедийной технологии в обучении.

Предмет исследования – слагаемые мультимедийной технологии, методика формирования знаний, умений и навыков ее использования будущими учителями.

Методологическую основу исследования составляют общие принципы теории обучения, основные положения когнитивной психологии о познавательных процессах, методологические принципы информатики и методики её преподавания.

Цель исследования заключается в обосновании и разработке методики формирования знаний, умений и навыков использования мультимедийных технологий в обучении у будущих учителей.

Гипотеза состоит в том, что проблема качественной и всесторонней подготовки студентов всех специальностей педагогического вуза к использованию мультимедийных технологий в обучении будет решена, если использованию мультимедийных технологий осуществлять на основе взаимосвязи теоретических положений когнитивной психологии о методах познания, знаний студентов по предметной области и основных теоретических и практических знаний, умений и навыков в области информационных технологий;

• процесс обучения использованию мультимедийных технологий осуществлять на основе уровневой дифференциации, обеспечивая при этом для всех уровней обучения развитие творческого и деятельностного подхода к педагогическому процессу;

мультимедийных технологий составит информационная среда, интегрирующая техническое, программное, математическое, информационное, методическое и организационное обеспечение мультимедийных технологий, которая в данном случае является дополнительным компонентом учебного процесса.

В соответствии с указанной целью и гипотезой были поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ состояния проблемы использования мультимедийных технологий в средней и высшей школе. Определить компоненты мультимедийных технологий и условий их эффективного использования.

2. Исследовать на теоретическом уровне методологические аспекты и психолого-педагогические предпосылки обучения использованию мультимедийных технологий будущих учителей.

3. Разработать теоретические основы и средства интеграции мультимедийных технологий в процесс обучения на основе объектноориентированного подхода, системной интеграции, опираясь на выявленные психолого-педагогические факторы.

4. Разработать эффективную стратегию обучения использованию мультимедийных технологий на основе интеграции технического, математического, программного, методического, информационного и организационного обеспечения.

5. Раскрыть суть и наполнить конкретным содержанием каждый уровень предложенной концепции интеграции технического, математического, программного, информационного, методического, организационного обеспечения для использования мультимедийных технологий в образовании.

6. Разработать содержание обучения использованию мультимедийных технологий и стратегию обучения на основе уровневой дифференциации, обеспечив для каждого уровня творческий деятельностный характер учебного процесса.

7. Разработать методы количественной оценки уровня усвоения знаний, умений и навыков использования мультимедийных технологий в обучении. Осуществить педагогический эксперимент по выявлению основных факторов, влияющих на уровень усвоения мультимедийных технологий.

Для решения поставленных задач использовались следующие теоретические методы исследования: изучение и анализ научной, учебной, методической литературы по проблеме использования мультимедийных технологий, теория систем, теория информации, теория объектно-ориентированного программирования, теория вероятности, математическая статистика.

К экспериментальным методам исследования относятся разработка и тестирование программного обеспечения, проведение педагогического эксперимента.

Педагогический эксперимент проводился в Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена, в школе № 169 г. Санкт-Петербурга.

Основные положения концепции исследования состоят в следующем:

• Теоретической основой использования мультимедийных технологий в обучении являются основные положения когнитивной психологии о процессе познания, предложенная модель переработки информации на основе взаимосвязи разных факторов, влияющих на источники получения информации.

• Теоретическое представление об учебном предмете «Мультимедийные технологии в образовании» заключается в том, что учебный предмет рассматривается как целостность, включающая содержание, которое надо усвоить, и средства для усвоения этого содержания учащимися.

• Мультимедиа-технология позволяет интегрировать различные виды информационных носителей. Это и составляет методологию использования мультимедийных технологий в обучении. Использование мультимедиа-технологии опирается на интеграцию технического, математического, программного, информационного, методического, организационного обеспечения.

• Разнородность мультимедийных данных требует создания управляющей мультимедийной программы для интеграции в процесс обучения и для обеспечения доступа к этим данным.

• Процесс создания управляющей среды для интеграции различных видов информационных носителей и использования мультимедийных технологий в обучении основан на объектноориентированном подходе к выбору её структуры и построения её компонентов на основе визуального программирования.

• Поскольку мультимедийная информация многообразна и неоднородна, то для количественной оценки уровня усвоения знаний, умений и навыков необходимо использовать информационную статистику на основе энтропийного подхода к определению вклада каждого компонента в общую оценку эффективности обучения.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечиваются всесторонним анализом проблемы, соответствием полученных выводов основным положениям когнитивной психологии, дидактики и методики преподавания информатики, статистической обработкой данных поискового, констатирующего и формирующего эксперимента.

Научная новизна исследования обусловлена следующими результатами: научно обоснована эффективность использования мультимедийных технологий для повышения объема восприятия, усиления внимания, развития памяти и интеллекта, активизации мыслительной деятельности путем вовлечения образной сферы человека в процесс обучения. Разработана система понятий, практических методов и средств обработки информационных компонентов мультимедийных технологий.

Предложена концепция формирования знаний, умений и навыков в области мультимедиа-технологии и их использования в образовании, базирующаяся на интеграции технического, математического, программного, информационного, методического и организационного обеспечения.

Теоретическая значимость исследования заключается:

• в обосновании необходимости использования мультимедиатехнологии в обучении;

• в выделении информационных компонентов, значимых для обеспечения эффективного использования мультимедиа- технологии;

• в выявлении наиболее значимых факторов познавательного процесса, на которые можно влиять посредством представления разных видов информации;

• в разработке теоретической концепции использования мультимедийных технологий, основанной на интеграции разных видов обеспечения учебного процесса;

• в разработке методов количественной оценки уровня усвоения знаний, умений, навыков использования мультимедийных технологий.

Практическая значимость.

Определены практические методы обработки текстовых, графических, звуковых, видео данных. Предложены конкретные программные и технические средства их обработки. Критериями отбора средств явились свойства универсальности, интегрированности, открытости. Раскрыта суть и наполнен конкретным содержанием каждый уровень предложенной концепции интеграции технического, математического, программного, информационного, методического, организационного обеспечения для использования мультимедиатехнологии. Разработана и практически реализована концепция интеллектуального интерфейса, основанная на технологии объектноориентированного программирования. На основе этой концепции создана и внедрена в учебно-методическое управление РГПУ им. А.И. Герцена автоматизированная система расчета нагрузки кафедры, разработана и внедрена в учебный процесс кафедры информатики и вычислительной техники управляющая мультимедийная программа для интеграции мультимедиа-технологии в процесс обучения. Разработана в среде электронной таблицы MS Excel программа автоматизированного расчета количественной оценки уровня усвоения знаний, умений и навыков использования мультимедиа- технологии на основе энтропийного подхода к определению вклада каждого информационного компонента в общую оценку эффективности обучения. По результатам поискового, констатирующего, формирующего эксперимента разработано конкретное содержание курса, основанного на изучении мультимедиа-технологии «Новые информационные технологии в естественнонаучном образовании»

для установленных трех групп уровневой дифференциации.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Знания, умения и навыки использования мультимедийных технологий в обучении можно считать сформированными, если они включают в себя две составляющие: когнитивную, объединяющую знание основных положений когнитивной психологии о познавательном процессе и факторах, влияющих на его эффективность; и информационную, в которую входят знания основных понятий, методов и средств выполнения информационной обработки составных сред мультимедийных технологий, а также умения, навыки их реализации. При этом использование мультимедийных технологий в обучении будет системным и осознанным только в случае, когда обе составляющие - когнитивная и информационная формируются в тесной взаимосвязи.

2. Условием целостного формирования знаний, умений, навыков использования мультимедийных технологий в обучении является наличие информационной среды обучения, интегрирующей техническое, математическое, программное, информационное методическое, организационное обеспечение.

технологий в процесс обучения является наличие управляющей мультимедийной среды, структура которой включает в себя все составные компоненты мультимедийных технологий и единый интерактивный способ доступа к ним как со стороны педагога, так и со стороны обучаемого.

технологий будущих учителей-предметников базируется на принципе уровневой дифференциации содержания познавательного процесса, что позволяет реализовать на практике подготовку всех категорий студентов для реализации активной деятельности во время учебного процесса и переноса полученных знаний, умений и навыков в новую ситуацию.

5. Критерием сформированности у учащихся знаний, умений, навыков использования мультимедийных технологий является владение теоретическими положениями когнитивной психологии о методах познания; умения реализации выражения идеи, образа, процесса, понятия в среде текстового процессора, средствами звука, визуальными средствами, графическими средствами; умения использовать программно-техническое обеспечение мультимедийных технологий; умения интегрировать все информационные компоненты в единую мультимедийную обучающую среду; умение использовать глобальную сеть Internet для поиска информации и ее целенаправленного применения в мультимедийной обучающей среде; умения реализации интерактивного взаимодействия с мультимедийной обучающей средой.

Защищаемые положения проверены педагогическим экспериментом и подтверждают гипотезу исследования.

Апробация работы осуществлялась на международных научных конференциях «Региональная информатика –96», «Региональная информатика 98», «Региональная информатика-2000». 5 Международная конференция в Санкт-Петербурге «Современные технологии обучения»

1999г. Международная конференция САПР-92 «Новые информационные технологии в науке, образовании, бизнесе». Международная конференция «Information Technologies in Education» 1-st IAOE International Conference Bulgaria 2002. Всероссийское совещание-семинар. Воронеж 1998г.

«Высокие технологии в региональной информатике», 6-ая научнометодическая конференция «Структура и содержание обучения в специализированных школах и классах» Санкт-Петербург 1997г. 16-ая научно-техническая конференция «Школьная информатика и проблемы устойчивого развития». Санкт-Петербург 1997г. Герценовских чтениях- 95, XXII Республиканской научно-практической конференции Магнитогорск 95; Научно-методическая конференция (Липецк 1993).

Публикации.

Основные результаты опубликованы в 37 печатных работах, основное содержание диссертации изложено в двух монографиях.

Структура и объем работы.

Работа содержит 4 главы, введение и заключение. Общий объем работы 329 страниц, из них 279 – основной текст, список литературы из 328 наименований, 12 таблиц, 10 рисунков, 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационного исследования, определяются цель, объект, задачи и методы, концепция исследования. Характеризуется научная новизна, теоретическая и практическая ценность работы, формулируются положения, выносимые на защиту, показывается уровень апробации исследования.

В первой главе «Психолого-педагогические аспекты использования мультимедиа-технологии в образовании» рассматривается эволюция информационных технологий и её влияние на содержание предмета информатика, концепция системной интеграции, когнитивная составляющая мультимедийных технологий. Проанализированы этапы развития информационных технологий, для каждого этапа определены результаты решения основных задач, в зависимости от которых изменяются цели, содержания, средства, формы обучения информатике.

Показано, что важными достижениями, принципиально изменившими методику использования новых информационных технологий в образовании, стали разработка концепции интеллектуального дружественного интерфейса и новая технология решения задач на ЭВМ.

Выявлено, что для новой технологии решения задач на ЭВМ характерны:

• работа пользователя в режиме преобразования данных и знаний, а не только программирования процессов их обработки;

• непрерывное информационное обеспечение на всех этапах решения задачи на основе распределенных баз данных и знаний, обеспечивающее единую унифицированную форму представления, хранения, поиска, отображения, восстановления и защиты данных;

• интерактивное взаимодействие в процессе решения задачи с гибкими диалогами для пользователя;

• реализация обмена данными в единой информационной сети в процессе решения задачи.

• возможность изменения вида представления информации в процессе решения задачи.

Выявленные особенности привели к изменению содержания курса информатики, практически во всех учебных заведениях: школах, лицеях, вузах. Особенностью этих изменений стало включение в содержание курсов по информатике вопросов изучения операционных систем, систем компьютерной графики, баз данных, математических сред конечного пользователя, технологий объектно-ориентированного и визуального программирования, телекоммуникаций. Для современного этапа развития информационных технологий явными признаками стали наличие глобальных сетей ЭВМ, спутникового и кабельного телевидения и рост значения когнитивных факторов в разработке, совершенствовании и применении технического и программного обеспечения ЭВМ. В результате проведенных исследований отмечено, что рамках современного этапа, с одной стороны, возрастает интерес к таким способам представления информации как звуковой, видео, графический, речевой, а также к вопросам интеграции этих форм в единой среде. С другой стороны создание единой информационной сети связи, совместимой по электрическим и механическим характеристикам оборудования и информационного обеспечения, по системе кодирования и форматам данных, обеспечило условия, при которых информационные потоки могут нести любую информацию: текстовую, графическую, видео, звуковую. В таких условиях компьютерные сети выполняют две важные функции:

обеспечивают совместное использование аппаратных и программных ресурсов сети и совместный доступ к ресурсам данных, в том числе и мультимедийных. На этом основании можно говорить о едином мировом информационном пространстве, образовательная составляющая которого является важным фактором развития новых педагогических технологий.

Показателями единой образовательной среды приняты: автоматизация, информатизация, компьютеризация, медиатизация. Выяснено, что необходимым условием стратегии использования единой информационной образовательной сети является обязательное введение для всех студентов педагогических университетов современной технологии обучения, основой которой служат информационные и мультимедийные технологии.

Определено, что эффективность использования новых информационных технологий в обучении определяется, в первую очередь, знаниями, умениями и навыками преподавателя. Отсюда важным выводом является то, что в профессиональной подготовке учителей должно быть предусмотрено обучение, которое позволило бы им использовать современное поколение технологий, а также осваивать в будущем новые технологии.

Данное исследование опирается на концепцию системной интеграции информационных технологий в высшей школе. В разработке концепции приняли участие известные ученые в области информатики:

Б.Н. Богатырь, М.А. Гуриев, А.Д. Иванников, М.Б. Игнатьев, В.С. Лобанов, Н.В. Макарова, Л.Г. Осовецкий, Б.Я. Советов, С.А. Чижов. Системная интеграция представляет собой обобщение методов и средств, используемых в автоматизированных системах, расширение круга решаемых задач при уменьшении типов программно-технических и программно-методических комплексов. Установлено, что мультимедийные технологии, наряду с другими направлениями, являются актуальной технологией, предлагающей полное и наглядное представление объектов в их физической реальности. Актуальной является задача исследования и разработки теоретических основ и методологии использования мультимедиа-технологии на основе концепции системной интеграции.

В результате проведенного исследования выявлено, что важным аспектом процесса использования мультимедийных технологий в образовании является когнитивная составляющая. Теоретической базой для разработки новых педагогических подходов в образовательных технологиях стали результаты исследования когнитивной психологии о методах познания. Этому способствовало то, что основным методом исследования когнитивной психологии является информационный подход, в котором используется теория информации и работы Клода Шеннона в области передачи и обработки информации. Результаты этих исследований отвечают на вопрос, в каком виде представлена информация в уме человека, что влияет на познавательные процессы, каким образом, воздействуя на внутренний процесс обработки информации, можно повысить эффективность обучения. Познание мира осуществляется при помощи физических органов чувств: осязание, обоняние, зрение, слух, вкус. Стимулы, интенсивность которых выше определенного уровня, активируют чувственные рецепторы. С другой стороны, в восприятии участвуют высшие когнитивные механизмы, интерпретирующие сенсорную информацию. Каждое сенсорное событие обрабатывается в контексте наших знаний о мире, а смысл ощущений зависит от предшествующего опыта. Для мультимедийных технологий обучения важными видами каналов познания являются зрение (графика, видео, анимация, текст) и слух (звук).

В контексте использования мультимедийных технологий выделены следующие факторы, влияющие на познавательный процесс.

Под восприятием понимается способность человека обнаруживать и интерпретировать сенсорные стимулы (слуховые, зрительные). Важной частью исследования процесса обучения является объем восприятия, который характеризует начальную стадию обработки информации. Чем больше возможности у обучаемого получать зрительную, слуховую, текстовую информации, повторно обращаться к ним, повторять, тем больше информации считывается в иконическую память.

Интерактивность, мультимедийность обучающих программ помогает увеличить объем восприятия информации.

•Воображение Воображение – это построение мысленного образа представленного к изучению материала, при этом важной познавательной характеристикой является способность извлечь из этого образа значимые признаки, расположить их в осмысленной последовательности и преобразовать в языковую информацию. Мультимедийные технологии позволяют представить объект, процесс в разных информационных видах, что способствует более точному отображению его в мысленных образах.

Внимание можно определить как сосредоточение умственных усилий на сенсорных или умственных событиях. Обычно вид и количество информации тщательно отбирается прежде, чем запомнить. Любой учебный процесс содержит в себе гораздо больше информации, чем могут усвоить учащиеся. Чтобы справиться с большим потоком информации, учащимся нужно направлять внимание только на определенные значимые признаки. Это означает отвлечение от одних вещей ради того, чтобы эффективно работать с другими. Интерактивность, присущая мультимедийным обучающим средам, позволяет акцентировать внимание на важных деталях, характеристиках, сторонах процесса познания с целью достижения целей обучения.

Память - это способность разума охватить в ясной и отчетливой форме нечто, в чем видится одновременно несколько возможных объектов или направлений мысли. Сосредоточение, концентрация сознания - вот его суть. Память и восприятие работают вместе, используя разные виды памяти.

•Распознавание образов Как правило, в процессе обучения представляются довольно сложные сочетания сенсорных стимулов. Задача обучаемого распознать представленную информацию и усвоить ее. Мультимедийные технологии представляет все возможности для получения информации, содержащей звук, графику, видео и текст. При этом различные стимулы влияют на определенные чувственные рецепторы, каждое сенсорное событие вносит свои ощущения. В целом, происходит суммирование информации, быстрее формируется понятие о ней, и быстрее наступает процесс концептуальнозависимой обработки.

Мышление характеризуется как познавательная деятельность высшего уровня. Это процесс, с помощью которого формируется новая мысленная репрезентация путем преобразования информации. Мышление и влияет на процесс обучения своей способностью формировать новые понятия.

•Человеческий интеллект.

Способность осмысленно приобретать, воспроизводить, использовать знания, понимать конкретные и абстрактные идеи, постигать отношения между идеями и объектами.

Теория двойного кодирования утверждает, что в процессе познания у человека могут работать два типа сознания: одно – для речевого знания и обработки информации в левом полушарии, а другое - для пространственных функций, локализованных в правом полушарии. Этим объясняются ряд фундаментальных интеллектуальных различий между индивидуумами. Одни люди проявляют необычные вербальные способности, а другие лучше справляются с механическими и пространственными законами. Использование теории двойного кодирования в мультимедийных интерактивных обучающих средах ориентирует на представление информации в разных кодах на экране компьютера - как в графических образах, так и в вербальном коде, ориентируясь на разные группы обучаемых, дифференцируя их врожденные способности по обработке информации, реализуя свойства адаптивности. Теория двойного кодирования позволила решить и другой вопрос, важный для реализации компьютерного обучения. Речь идет об организации различных типов автоматизированных проверок знаний обучаемых. Известно, что для этих проверок существует несколько типов диалогов типа вопрос-ответ, типа меню и т.д. Эти типы вопросов относятся к разным модальностям: так вопрос - это вербальная модальность, а указатель пункта меню относится к образнопространственной модальности. При ответе на вербальный вопрос лучше использовать образно-пространственную модальность, а при ответе на вопрос, представленный в образной модальности, лучше запрашивать ответ в вербальной модальности, так как в этом случае используются разные участки памяти головного мозга, не мешающие друг другу воспринимать информацию. Если же вопрос и форма требуемого ответа имеют одну модальность, то они конкурируют между собой и осложняют обучаемому поиск ответа на вопрос. Этот вывод очень важен для оптимальной реализации обучения, использующего информационные системы на научной основе, учитывающей достижения разных областей знаний. В результате исследования психолого-педагогических аспектов использования мультимедиа-технологии в обучении установлено, что информационное общество в своем развитии перешло к новому этапу информационных технологий, основными признаками которого является наличие глобальных сетей ЭВМ, широкомасштабное использование мультимедийных технологий и рост значения когнитивных факторов их использования. В новых условиях изменяются содержание, методы и организационные формы обучения. Расширяется доступ к мировым информационным ресурсам. Освоение мультимедийных технологий как средства формирования информационной культуры становится актуальной задачей образования. Успех обучения и использования мультимедийных технологий определяется в первую очередь знаниями, умениями, навыками учителей-предметников. Поэтому в их образовательных программах должна быть предусмотрена подготовка по использованию мультимедийных технологий. Показано, что методика обучения учителей использованию мультимедийных технологий должна иметь тесную взаимосвязь с достижениями в области когнитивной психологии, раскрывающими суть, структуру и динамику основных аспектов процесса познания.

Во второй главе «Концептуальные основы мультимедиатехнологии: понятия, методы, средства» дано определение понятий мультимедиа-технологии, соотношение его с понятием гипертехнологии, определено место каждой из них в иерархии первоначальных понятий.

Осуществлён методологический анализ состояния и перспектив развития компонентов мультимедиа-технологии и средств их реализации, для каждого из компонентов определены основные понятия, цель использования. Определено содержание учебного предмета «Мультимедиа-технологии в образовании». В качестве учебного предмета, согласно педагогической энциклопедии, в данной работе понимается дидактически обоснованная система знаний, умений и навыков отобранных из соответствующей отрасли науки для изучения в учебном заведении. Наука по-разному может отражаться в учебном предмете. Так В.В. Лаптев и М.В. Швецкий считают, что соотношение науки и учебного предмета определяется формированием критериев отбора учебного материала на основе методологического анализа состояния научных отраслей. Говоря о мультимедиа-технологии, следует отметить, что она является разделом новых информационных технологий. В качестве теоретического представления об учебном предмете в работе принято положение Ю.К. Бабанского о том, что учебный предмет определяется как целостность, включающая часть содержания, которую нужно усвоить, и средства для усвоения содержания учащимися. Поэтому в данной работе предложена концепция интеграции всех компонентов мультимедиатехнологии в единой информационной среде с целью обеспечения целостности учебного предмета и организации эффективного использования в процессе обучения. При определении соотношения понятий мультимедиа- и гиперемедиа- технологии установлено, что особенностью системы гипермедиа является использование технологии гипертекста и гиперизображения, которые допускают линейный, произвольный и ассоциативный просмотр в соответствии с логикой построения связей. В то же время гиперсистемы могут содержать графическую, звуковую, видеоинформацию. При этом мультимедиасистемы в чистом виде не содержат гипертехнологию. Обе технологии соединяются в структуре интерактивных мультимедийных обучающих сред. В данной работе в качестве средства использования мультимедиатехнологий рекомендуется рассматривать мультимедийные интерактивные обучающие среды, внутренние компоненты которых представлены в виде гипертехнологий, мультимедиа-технологий. Анализ основных форм представления информации, методов и средств их обработки позволил определить, что мультимедиа-технология многоплановая, сложно структурированная, требующая для реализации решения множества задач из разных областей человеческого знания.

Основными элементами мультимедиа-технологии являются числа, текст, анимация, звук, видео. Для каждого элемента существуют технические средства получения и отображения, программное обеспечение, алгоритмы обработки, средства хранения и передачи, методические рекомендации по использованию. Поэтому в качестве концептуальной основы эффективного использования мультимедиа-технологии была выдвинута идея интеграции технического, программного, математического, информационного, методического и организационного обеспечения в единой информационной системе. Для проектирования содержания учебного предмета «Мультимедиа-технологии в образовании» был выполнен методологический анализ каждого уровня предложенной концепции.

Под техническим обеспечением мультимедиа-технологии в работе принята совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств для ввода, хранения, переработки, передачи разнородных данных и программ, организации общения человека-ЭВМ с целью использования мультимедийных технологий. Принципиальной особенностью современных ЭВМ стала возможность обработки разнородной информации в реальном времени. Этому способствовали достижения в области цифровой обработки сигналов. Главное преимущество цифровой технологии – это способность передавать данные с минимальными потерями. Суть цифровой обработки заключается в преобразовании аналоговых звуковых и видео сигналов в цифровую форму с помощью аналогово-цифровых преобразователей и выполнение над ними различных операций, таких как коррекция, фильтрация, сжатие, анализ спектров, обнаружение, распознавание, обработка изображений. При этом главным недостатком являются большие объемы информации, требующие реализации эффективных методов сжатия. Для решения этих проблем были разработаны стандарты мультимедийного компьютера, определяющие требования к компьютерам, предназначенным для обработки мультимедийных данных. Требования стандарта определяют основные характеристики компьютера, такие как: тип микропроцессора, быстродействие, объем ОЗУ, объем жесткого диска, частоту и время выборки в аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразователях.

Основные периферийные компоненты, такие как CD-ROM, сканеры, звуковые и видеоустройства, видеомагнитофоны являются неотъемлемой частью мультимедийного технического обеспечения. Анализ процесса конфигурации мультимедийного компьютера показал трудности, с которыми могут столкнуться учителя, внедряющие мультимедиатехнологии в учебный процесс. К ним относится, прежде всего, обеспечение максимальной производительности компьютера, так как обработка графической, звуковой и видео информации требует наличия достаточно больших ресурсов памяти, быстродействия. Существует два решения этой проблемы. Первая заключается в использовании более мощных компьютеров. Вторая – в использовании технологии самоорганизации Plug and Play для выбора оптимальной конфигурации системы. Поскольку компонентами технологии Plug and Play являются операционная система, BIOS (базовая система ввода/вывода) и непосредственно аппаратура, то технология Plug and Play это не только идеология архитектуры компьютера, спецификация для производителей компонент, но и критерий отбора аппаратных средств для реализации оптимальной конфигурации компьютера с целью получения максимальной производительности.

Под программным обеспечением мультимедиа-технологии следует понимать совокупность программ, предназначенных для обработки элементов мультимедиа-технологии: текста, звука, изображения, видео, а также программ, интегрирующих эти данные в единую среду. Так как программное обеспечение ЭВМ делится на системное и прикладное, то его классификацию предложено представлять следующим образом.

Первый уровень программного обеспечения составляют драйверы различных нестандартных устройств, программное обеспечение, служащее для поддержки технических средств.

Второй уровень программного обеспечения, позволяющий расширить возможности использования мультимедийных возможностей компьютера - это прикладное программное обеспечение. В Microsoft Office входят, по крайней мере, три программы, позволяющие создавать мультимедийные приложения - это PowerPoint, Microsoft Publisher и FrontPage. Все эти программы используют основные достижения в области проектирования мультимедийных приложений: наличие гипертекста, интеллектуального интерфейса, обработки разнородных данных, возможность публикации в Интернете. Явным недостатком обучающего мультимедийного проекта, созданного на основе прикладных программ является то, что они могут выполняться только в среде, используемой для их проектирования, они привязаны к операционной системе и используемому броузеру. Но учитывая, что большинство компьютеров российских школ базируется на платформе Intel, используют операционную систему Windows 98/2000, это прикладное программное обеспечение удовлетворяет критерию универсальности, вполне пригодны для использования в Internet и Intranet сети любого учебного заведения.

Третьим уровнем мультимедийного программного обеспечения является семейство инструментальных авторских систем, которые позволяют создавать мультимедийные обучающие проекты, работающие независимо от средств разработки. Они имеют встроенные средства реализации интерактивности, они по-прежнему зависят от архитектуры компьютера и операционных систем, имеют заданную структуру проекта.

Как правило, эта структура представляет собой набор карточек или страниц, которые могут быть связаны между собой в стек, в книгу. Каждая страница может содержать информацию любого типа: текст, графику, звук, анимацию. Встроенный язык программирования используется для создания более гибких связей и решения задач навигации и интерактивности. Все системы имеют интеллектуальный интерфейс, поддерживают механизм OLE. К таким программам можно отнести Multimedia ToolBook компании Asymetrix, Authorware Professional for Windows компании Macromedia, HyperCard фирмы Apple. Среди отечественных программных средств стоит выделить интерактивную авторскую программу Гиперметод, разработанную компанией «Гиперметод».

Четвертым уровнем мультимедийного программного обеспечения являются программы обработки элементов мультимедиа технологии. Этот уровень обозначим как вспомогательное программное обеспечение. Он состоит из текстовых редакторов, программ компьютерной графики и анимации, программ обработки звуковой, видеоинформации. На рынке существует целое семейство текстовых и графических редакторов. Что же касается программ звуковой и видеообработки, то они, как правило, привязаны к аппаратуре, каждая звуковая карта, видеокарта, карта захвата видео сопровождается своими драйверами и программами. Так как, в настоящее время существует два способа представления графической информации в компьютере растровый и векторный, обладающие разными принципами построения изображения на экране монитора, то и в программное обеспечение мультимедийных технологий должны быть включены оба вида графических редакторов.

Так как Internet является непосредственной частью современной образовательной среды, а мультимедиа технология - одним из способов представления учебной информации в сети, то актуально включения в программное обеспечение и средств просмотра этой информации. Однако следует учесть то, что Internet Explorer может распознать некоторые стандартные видео и аудио фрагменты, которые идентифицированы MIME-типом (Multipurpose Internet Mail Extensions-многоцелевое расширение почты Internet), но многие другие требуют отдельных программ просмотра. Для таких программ необходимо сначала загрузить и инсталлировать воспроизводящие устройства видео и мультимедиа для просмотра файлов, закодированных в этих форматах и связать их с соответствующими MIME-типами. Такими программами являются броузерWorldView, который используется для просмотра документов VRML (Virtual Reality Modelling Language- язык моделирования виртуальной реальности) и открывается внутри окна основного броузера, в нашем случае, Internet Explorer.

В результате исследования установлено, что для построения мультимедийных систем важное значение имеют концепция интеллектуального интерфейса и объектная технология OLE (Object Linking and Embedding). Составной частью любой мультимедийной системы является интеллектуальный интерфейс, выполняющий следующие функции: обеспечение различных форм представления информации, выбор приемлемых способов организации диалога при взаимодействиями с разнородными объектами, при этом спектр возможных изменений должен предусматривать диалог типа меню, различные формы анкетно-форматного типа, обмен сообщениями.

Настоящей победой в области взаимодействия человек-компьютер стала разработка графического интерфейса пользователя (GUI- graphical user interface), который сегодня является стандартом систем мультимедиа. В конструкции графического интерфейса используется разработанная структура многооконного WIMP (Windows, Icon, Mouse, Pop-up/pop-down) интерфейса.

Показано, что для мультимедийных систем наличие многооконного представления информации имеет важное значение, так как с одной стороны структурирует разнородную информацию на экране: каждая в своем окне, позволяет манипулировать и управлять ею: для каждой существует индивидуальный набор операций, а с другой стороны обеспечивает целостное представление об объекте, представленном в различных информационных видах. Так как существует система управления окнами: они могут закрываться, открываться, изменять размеры и местоположения, порядок представления, то это позволяет управлять представлением информации на экране в каждый момент времени в зависимости от учебной ситуации и уровня усвоения обучаемых. Можно скрыть один вид информации с тем, чтобы акцентировать внимание обучаемых на других аспектах объекта или процесса, можно представить комплексный подход к решению задачи, представив максимум информации на экране, можно перестроить окна в заданном порядке, если необходимо исследовать развитие событий во времени и в пространстве. Многооконная технология обеспечивает обучаемых доступом к сколь угодно большому объему информации и допускает повышенную плотность информации на экране. Учитель может представить материал на различных уровнях детализации, используя различные виды его представления. Хотя многооконная технология расширяет осознаваемое пространство обзора, есть опасность, что обучаемый будет тратить слишком много времени на управление экраном, а не на решение задачи. Задача педагога найти правильное соотношение между управлением окнами и ходом решения учебной задачи. В качестве примера разработки интеллектуального интерфейса, с оптимальным соотношением гибкости пользования при минимальной операционной сложности в данной работе разработана на основе рассмотренного выше WIMP интерфейса программа "Автоматизированного расчета нагрузки кафедры”. Программа внедрена в учебно-методическое управление РГПУ им. А. И. Герцена и позволяет реализовать отчетность преподавателей кафедр и кафедр перед учебно-методическим управлением на основе безбумажной технологии. Акт о внедрении прилагается в приложении.

Объектная технология OLE - это постоянно развивающийся стандарт Microsoft, определяющий правила построения составных приложений из объектов, поставляемых различными источниками. Фирмы, разработчики программных продуктов обеспечивают полную поддержку стандарта технологии связи и внедрения объектов OLE2. Именно благодаря существованию OLE и поддержке OLE разными программами мы сегодня можем говорить об интеграции разнородной информации в единой мультимедийной обучающей среде.

Под математическим обеспечением мультимедийных технологий в данной работе будем понимать совокупность математических методов, математических моделей и алгоритмов, используемых при обработке графической, звуковой, текстовой и видео информации. Так в компьютерной графике различные фигуры и геометрические действия моделируются в ЭВМ числами и кодами. Любой объект в компьютерной графике может быть задан и параметрическими уравнениями. Кривые Безье и В-сплайны находят применение при отображении трехмерных поверхностей.

Показано что необходимыми элементами математического обеспечения мультимедийных технологий являются алгоритмы сжатия различных видов информации. Известно, что графические, видео и звуковые файлы занимают значительные объемы памяти. Поэтому для уменьшения физического размера файлов используются различные методы компрессии. Во многих случаях сжатие данных дает значительную экономию. Знание алгоритмов сжатия информации имеет большое практическое значение, так как, например, в случае графических изображений большинство графических редакторов дает возможность использовать различные стандарты графических файлов, а каждый стандарт использует тот или иной алгоритм сжатия информации. В зависимости от конкретного содержания изображения при разных алгоритмах сжатия можно получить разное качество при условии небольшого размера файла. И этот вопрос каждый обучаемый решает сам в зависимости от вида представленной на экране информации.

Чтобы оценить эффективность выбранного метода сжатия информации следует использовать методы моделирования, подвергнув необходимый файл сжатию с помощью различных алгоритмов и собрать необходимую статистику. Таким путем можно получить сравнительную оценку эффективности различных методов сжатия для конкретного вида информации.

Под информационным обеспечением мультимедийных технологий будем понимать информационные системы, содержащие банки программ обработки мультимедийной информации, электронные банки мультимедийных материалов, состоящих их фотографий, схем, слайдов, аудиозаписей и видеоматериалов, структурированных по тематическому признаку, каталог ссылок на WEB-узлы с информацией по методикам изучения и использования мультимедийных технологий в обучении. Для реализации распределенной информационной мультимедийной системы могут быть использованы различные решения. Одним из них является создание внутренней сети Intranet, обеспечивающей представление информации в различных форматах: текстовых, графических, табличных, аудио и видео, а также в виде интегрированных Intranet-приложений. Сеть Intranet включает в себя следующие компоненты: локальная сеть, серверы, документы, броузеры, приложения. Также как и Internet, сеть Intranet использует сетевой протокол TCP/IP (протокол управления передачей/протокол Internet) и протокол более высокого уровня -HTTP (Протокол передачи гипертекста) для передачи текста, графики, видео, аудио и гиперссылок.. Для представления информации в сети Intranet могут быть использованы языки HTML, XML. Язык HTML, разработанный на основе языка SGML, представляет собой набор правил, описывающих разметку текста. Набор тегов фиксирован, поэтому информацию легко интерпретировать. В отличие от языка HTML XML, который является подмножеством языка SGML, является не совсем языком разметки, а метаязыком, т.е. языком, определяющим другой язык.

Метаязык разметки - это набор правил, описывающих языки разметки.

Таким образом, XML является каркасом для создания языков разметки.

XML можно использовать для разработки собственных языков разметки, специфичных для приложения, технологий. Существует большое количество языков, разработанных на основе XML, одним из которых является язык синхронизации интеграции мультимедиа (Synchronized Multimedia Integration Language) SMIL. Этот язык, разработанный на основе XML, применяется для синхронизации потоков мультимедиа при их передаче по сети Internet. Файл SMIL управляет поиском автономных файлов мультимедийных элементов на сервере со стороны клиента. Язык SMIL позволяет добавлять гиперссылки в мультимедийную страницу, интегрировать мультимедийные данные с нескольких серверов, использовать фрагменты мультимедийных элементов с указанием необходимых треков. Тем не менее, XML не является прямой заменой HTML, а оба языка - взаимодополняемы. Данные удобнее структурировать с помощью специализированного XML – совместимого языка, а представлять с помощью тегов HTML.

Методическое обеспечение мультимедийных технологий - это совокупность методических пособий и методических указаний по обработке разнородной информации, методические рекомендации по использованию различных видов информации в учебном процессе. В настоящее время этого можно достичь, если располагать электронные образы всех учебно-методических материалов на WEB-серверах локальных мультимедийных информационных систем. Для формирования электронного образа учебно-методического пособия в настоящее время используется термин электронный учебник. Так как основой электронного учебника является страница, то для его создания используется объектная модель документа, которая включает в себя объект документ и его дочерние объекты, коллекции для формирования составных частей.

Основным объектом учебника является документ, который может состоять из различных коллекций: фреймов, изображений, форм, ссылок. В качестве стандарта для электронных учебников, хранящихся на WEBсерверах университета можно предложить структуру, основанную на использовании коллекции фреймов, ссылок для представления содержания и реализации навигации в учебнике.

Организационное обеспечение представляет собой совокупность документов, устанавливающих правила и форму оформления учебнометодических материалов и размещения их на сервере, перечень стандартов файлов разнородных данных, используемых для размещения в мультимедийных базах данных, правила и технологию доступа к программам обработки мультимедийных данных и к WEB- серверу учебно-методической литературы.

Таким образом, показано, что каждый вид предложенного обеспечения является необходимым компонентом использования мультимедиа-технологии в образовании и основой проектирования содержания учебного предмета «Мультимедиа-технологии в образовании».

В процессе разработки содержания курса «Мультимедиа-технологии в образовании» были использованы принципы отбора содержания образования, предложенные В.В. Краевским:

1.Принцип соответствия содержания обучения требованиям информационного общества, учитывающий в процессе обучения развивающую и воспитывающую функцию.

2.Принцип учета содержательной и процессуальной стороны, учитывающий методы, принципы и возможности обучения в целом с тем, чтобы наряду с содержанием обучения предлагать конкретные средства и способы его передачи и усвоения, уровни последнего и связанные с ним действия.

3. Принцип структурного единства содержания образования на разных уровнях его формирования: теоретическое представление, учебный предмет, учебный материал, педагогическая деятельность, обеспечивающий единство подхода к разработке содержания во всех предметных областях, связанных с мультимедиа-технологией.

Для более детальной разработки содержания образования использовались следующие критерии :

• Критерий целостного отражения в содержании обучения задач формирования всесторонне развитой личности определяет, что в учебной программе представлены все основные теории, законы и понятия, дающие целостное представление о данной отрасли науки, а также формирующие основные практические умения и навыки, способствующие выполнению самостоятельной работы в условиях активизации познавательных интересов обучаемых.

• Критерий высокой научной и практической значимости содержания, включаемого в основы наук. Этот критерий определяет наиболее значимые элементы содержания, позволяющие максимально раскрыть сущность теорий, законов и основных понятий данной науки, широко применяемых на практике, имеющих высокую межпредметную значимость.

• Критерий соответствия сложности содержания реальным учебным возможностям.

• Критерий соответствия объема содержания и времени, отведенного на изучение данного предмета.

• Критерий учета международного опыта построения содержания по данному предмету.

• Критерий соответствия содержания имеющейся методической и материальной базы учебного заведения.

Таким образом, на основе методологического анализа проблемы состояния мультимедиа-технологии и перспектив развития в контексте использования в образовании, используя вышеприведенные принципы и критерии отбора содержания, было спроектировано содержание курса «Мультимедиа-технологии в образовании».

В третьей главе «Методика создания управляющих сред мультимедийных обучающих систем» обоснована необходимость управления мультимедийной информацией в обучающих системах, предложены два подхода к организации структуры мультимедийной управляющей среды, рассмотрены платформозависимые и платформонезависимые технологии построения этих сред, приведено описание созданной автором управляющей мультимедийной среды.

Так как теоретическое представление об учебном предмете заключается в том, что учебный предмет определяется как целостность, включающая часть содержания, которую надо усвоить и средства для усвоения содержания учащимися, то отсюда следует необходимость разработки средства обучения мультимедийным технологиям, учитывающего приведенную концептуальную основу мультимедиатехнологии.

В работе показано, что мультимедийная информация требует большого объема памяти и использует сложные алгоритмы обработки и соответственно программы, обрабатывающие мультимедийные данные относятся к большим программам. Поэтому для создания средств обучения мультимедийным технологиям должна быть использована объектноориентированная технология разработки программного обеспечения. Г.Буч определяет объектно-ориентированное проектирование как методологию проектирования программных средств, при которой выполняется процесс объектной декомпозиции, а проектируемая система представляется в виде логической, физической, статической и динамической моделей. Однако, ограничиваться использованием только объектно-ориентированной технологией разработки программного обеспечения – это, значит, не учитывать такой уровень разработки программного обеспечения как автоматизация. Поэтому имеет смысл расширить классификацию технологий разработки программного обеспечения, предложенную В.В.

Лаптевым и М.В. Швецким, включив визуальную технологию разработки программного обеспечения, которую и использовать для разработки средств обучения мультимедийным технологиям.

В общем случае средство обучения мультимедийным технологиям должно состоять из совокупности мультимедийных файлов и некоторой управляющей среды, обычно называемой управляющей программой.

Назначением управляющей среды является вызов в некоторой последовательности мультимедийных файлов и отображение получаемой информации в текстовой, графической, анимационной, звуковой или видео форме. Последовательность выбора определяется учителем в соответствии с характером учебного процесса. Предложено два вида организации структуры управляющей мультимедийной среды. B основе организации структуры может быть задан функциональный принцип выбора содержимого используемых мультимедийных файлов. В соответствии с таким принципом первый уровень выбора позиций главного меню предусматривает возможность работы с графическими и текстовыми файлами, анимационными файлами, аудио файлами, видео файлами. На втором уровне пользователю предоставляется возможность выбора раздела предметной области, в пределах которого осуществляется конкретизация имени мультимедийного файла, иллюстрирующего тот или иной раздел изучаемой дисциплины.

Структура, которая имеет в своей основе тематический принцип организации, на первом уровне предусматривает возможность выбора той или иной темы изучаемой дисциплины. На втором уровне выбираются конкретные мультимедийные файлы, иллюстрирующие определенный раздел курса. Для обеих приведенных структур каждый уровень может содержать дополнительные диалоговые панели, поддерживающие диалог учащегося с системой мультимедиа.

Включаемые в управляющую среду мультимедийные файлы могут вызываться либо с локального диска, куда они заранее переписаны пользователем, либо с диска CD ROM, либо через локальную сеть, сеть Интернет. Реализация предложенных структур на основе традиционных методов чисто текстового программирования связано с необходимостью разработки объемных программных модулей на основе того или иного языка программирования высокого уровня. Написание и отладка таких модулей является далеко не тривиальной задачей, и требует значительных затрат сил и времени. Некоторую помощь в этом направлении может оказать разработанный в последние годы язык ресурсных файлов. Однако создание таких файлов непосредственно в текстовой форме также требует специальных знаний и является весьма утомительной и длительной процедурой. Трудности, связанные с разработкой управляющих программ мультимедийных систем, в значительной степени устраняются при переходе к визуальному программированию. Визуальное программирование основано на отображении в графической форме проектируемого элемента управления. При этом программисту предоставляется возможность выбора из имеющейся палитры компонентов требуемого компонента, установления его размеров, места расположения, выбора идентификатора, стиля оформления и других свойств. Так, например, легко можно включить в палитру компонентов и, соответственно в управляющую программу, собственный интернетброузер (например Microsoft Web Browser из библиотеки ActiveX).

Совокупность управляющих элементов встроенного броузера выбирается и создается самим пользователем. В частном случае такой навигатор может выполнять единственную функцию вызова через сеть Интернет заданного программным способом конкретного мультимедийного файла.

При этом обучаемый не получит свободного доступа в сеть Интернет, а будет связан с внешним мультимедийным файлом только через встроенный веб-броузер, что не позволит ему отвлекаться во время занятий просмотром информации, не имеющей отношения к содержанию изучаемого предмета.

При сохранении созданного программистом графического образа управляющего компонента автоматически включается компилятор и формируется текстовый ресурсный файл. Разработчик может легко модифицировать визуальное представление интерфейсных средств на любой стадии работы с управляющей программой, в том числе и в процессе ее эксплуатации. Хотя модификация управляющей программы в процессе эксплуатации осуществляется сравнительно простыми визуальными средствами, после каждого изменения состава или свойств управляющих компонентов необходима полная перекомпиляция, а в некоторых случаях и отладка программы. Более совершенным с этой точки зрения является принцип построения адаптивного программного обеспечения, для которого характерна возможность изменения графического представления и свойств управляющей диалоговой среды простым переключением некоторых управляющих компонентов без необходимости повторной компиляции и отладки программы. Такая возможность предоставляется практически всеми визуальными системами программирования путем использования аппарата "скрыть/показать" и "доступен/недоступен". При правильном выборе архитектуры адаптивной управляющей среды ее перестройка может осуществляться преподавателем или учащимся непосредственно в процессе эксплуатации мультимедийной системы, что позволяет значительно расширить область ее применения.

В настоящее время существует значительное количество различных систем визуального программирования. К их числу следует отнести Microsoft Visual C++, Borland CBilder, Delphi, Microsoft Visual J++, Borland JBilder, Microsoft Visual Basic и другие. Каждая система имеет свои специфические особенности и предоставляет пользователям оформленную в том или ином виде интерфейсную среду. Показано, что несмотря на имеющиеся отличия этих сред, все они обеспечивают выполнение следующих основных операций:

• построение каркаса программы • визуальное построение управляющих диалоговых компонентов • установление требуемых свойств управляющих компонентов • назначение имен идентификаторов и переменных • выбор типа сообщений управляющих компонентов • установление соответствия между сообщениями и функциями (методами) • построение каркасов функций • ввод текстовых фрагментов в выбранные точки программы • получение необходимой информации о системных функциях, связанных с управляющими компонентами • компиляцию и отладку программы Установлено, что все существующие системы визуального программирования могут быть разбиты на две группы в зависимости от возможности переноса создаваемого ими программного продукта на различные вычислительные платформы с разной системой организации команд и с отличающимися операционными системами. В первую группу входят платформозависимые визуальные системы, результат работы которых ориентирован на определенную вычислительную среду (например на компьютеры, работающие под управлением операционной системы Windows 98/2000). К таким системам относятся Microsoft Visual C++, Borland CBilder, Borland C++, Delphi, Microsoft Visual Basic. Вторую группу составляют платформонезависимые визуальные системы, программный продукт которых может быть использован в компьютерах любого типа, работающих под управлением любой операционной системы.

Эта группа включает в себя Microsoft Visual J++ и Borland Jbilder Среди платформозависимых визуальных систем в настоящее время наиболее распространенной и перспективной считается среда Microsoft Visual C++. Это объясняется тем, что эта среда использует наиболее популярный среди программистов язык С++, базируется на мощной иерархической системе классов Microsoft Foundation Classis (MFC), позволяет широко использовать встраиваемые элементы ActiveX, интенсивно развивается, достаточно проста для освоения и, вместе с тем, позволяет реализовывать весьма сложные проекты.

Немаловажным обстоятельством в пользу интегрированной среды разработки Visual C++ является и то, что наиболее распространенными в настоящее время следует считать продукты фирмы Microsoft, которые имеют общую идеологию. Поэтому помимо библиотеки классов MFC cреда Visual C++ может широко использовать развитую систему функций интерфейса прикладных программ Windows API (Application Program Interface), систему Internet Explorer и т.д. Приведенные соображения явились критерием выбора в качестве основы для построения интегрированную среду разработки прикладных программ Microsoft Visual C++.

Однако каждая такая программа может функционировать только в рамках той платформы, для которой она создавалась. Перенос на другую платформу требует полной перекомпиляции исходного текста программы.

При этом без изменения исходных текстов вряд ли удастся получить работоспособную на новой платформе программу, так как стандартизация языка программирования в общем случае не означает стандартизацию используемых этим языком библиотечных функций. Много проблем возникает и с несовместимостью программных интерфейсов различных операционных систем и графических оболочек, реализующих выбранный пользовательский интерфейс. Указанные обстоятельства практически исключают возможность переноса программного продукта, разработанного в среде Microsoft Visual C++ на платформу, где отсутствует операционная система Microsoft Windows 95/98/2000 или Microsoft Windows NT.

В отличие от Microsoft Visual C++ язык Java является платформонезависимым объектно-ориентированным многопотоковым динамическим языком, программы которого исполняются в виртуальной машине, размещенной внутри компьютера. Вследствие использования виртуальной машины, Java- программы не зависят от компьютерной платформы, на которой они исполняются. Это обеспечивается тем, что создаваемые на языке Java программы компилируются в класс-файл с расширением.CLASS, содержащий так называемый байт-код (byte-code), который уже интерпретируются виртуальной машиной. Поскольку реализация виртуальной машины имеется в настоящее время практически для всех основных платформ, то обеспечивается полная переносимость программного продукта, написанного на языке Java.

Несмотря на наличие режима интерпретации, не следует считать язык Java интерпретирующим языком, таким, как, например, Бейсик, так как программы на языке Java выполняются гораздо быстрее благодаря использованию при интерпретации не исходного кода, а байт-кода. Кроме того, недавно появившаяся технология JIT (Just In Time) позволяет обеспечить полноценный режим компиляции при каждом повторном вызове программы, которая должна быть перед этим выполнена в режиме интерпретации байт-кода только единственный раз. Программы, реализованные на языке Java, могут быть оформлены либо как приложения, либо как аплеты.

Приложения Java должны храниться на локальных дисках используемого компьютера и вызываются средствами используемой операционной системы. Вместе с тем они являются платформонезависимыми, так как допускают размещение их на любой платформе с любой операционной системой. Аплеты Java могут храниться как на локальном диске компьютера любого типа, так и на Web- сервере, куда этот аплет должен быть предварительно помещен. В последнем случае к этой программе может иметь доступ любой пользователь, подключенный к сети Интернет, и знающий URL (Uniform Resource Locator) - адрес аплета.

После загрузки аплета он работает на локальном компьютере независимо от сервера, хотя в случае необходимости может быть организовано взаимодействие аплета с сервером. При этом в целях безопасности аплету запрещен доступ к файловой системе компьютера.

Для интеграции мультимедийных технологий непосредственно в процесс обучения была разработана структура возможного варианта построения мультимедийного обучающего комплекса, реализована управляющая программа, обеспечивающая необходимую последовательность действий в процессе обучения, и осуществлено наполнение этого комплекса примерным набором дидактического материала в виде совокупности файлов, представляющих различные виды учебной информации. В качестве основы для построения такой структуры был положен функциональный принцип выбора содержимого используемых мультимедийных файлов. Такая организация размещения учебной информации в управляющей программе является ее несомненным достоинством, так как не требует от преподавателя-предметника какихлибо специальных знаний в области программирования и позволяет организовать обучение с применением мультимедиа-технологии на основе каталогизации файлов, отобранных из ресурсов образовательных сайтов локальных или глобальных сетей. При этом в процессе работы с системой по данной теме накапливается опыт применения различных видов мультимедийной информации, появляются критические оценки по влиянию на восприятие обучаемых, на активизацию внимания, на память, на развитие мышления. Управляющая мультимедийная программа реализует возможность перестраивания информации, адаптации к конкретным учебным задачам с целью повышения эффективности познавательного процесса. Реализация интерфейсных средств такой среды может быть осуществлена на основе платформозависимых или платформонезависимых систем визуального программирования.

В четвёртой главе «Экспериментальная проверка эффективности созданной методики обучения использованию мультимедиа-технологии в обучении» описана методика проведения и проанализированы результаты поискового, констатирующего и формирующего педагогического экспериментов. Методика преподавания информатики в силу своей содержательной направленности, постоянной новизны, обусловленной современным информационным взрывом, требует постоянной модификации и конкретизации общепедагогических методов исследования с одной стороны, и сама предоставляет для всех остальных частных предметных методик новые педагогические методы исследования.

Наличие информационного образовательного пространства в виде локальных и глобальных сетей добавляет еще один компонент учебного процесса - информационную среду обучения. Именно новый компонент коренным образом меняет характер и содержание конкретных методических приемов обучения не только мультимедийным технологиям, но и других дисциплин. Основной особенностью процесса обучения любому предмету в информационной среде обучения является его деятельностный характер. В соответствии с моделью деятельностного подхода к познанию обучение использованию мультимедийным технологиям осуществляется в процессе деятельности в информационной среде. Под деятельностью понимается процесс взаимодействия учащегося и информационной среды, учителя и информационной среды, учащихся и учителей в информационной среде, ориентированный на получение нового продукта в идеальной или материальной форме, в виде знаний или опыта деятельности на основе мультимедиа-технологии.

В результате проведения поискового эксперимента было выявлено существенное когнитивное значение мультимедиа-технологии, которое проявилось в тесной взаимосвязи с положениями когнитивной психологии, касающихся влияния различных форм представления информации на восприятие, воображение, развитие внимания, образное и логическое мышление, память и интеллект. Экспериментально отмечена потребность учителей в знаниях форм представления информации в ЭВМ, методов ее обработки, применений мультимедиа-технологии в процессе преподавания различных предметов.

В результате проведения констатирующего эксперимента выявлено наличие существенных различий в уровне знаний по информатике у студентов педагогического университета, что определялась, в первую очередь, школьной подготовкой по информатике, индивидуальными способностями, интересом к предмету, наличием творческих способностей и умением работать самостоятельно. Это определило форму проведения занятий по обучению использованию мультимедиа-технологии на основе уровневой дифференциации с индивидуальной и групповой организацией работы в ходе учебного процесса. С целью преодоления барьера реализации интерактивности в мультимедийной обучающей системе при работе с самой слабой группой обучаемых была использована разработанная автором управляющая мультимедийная обучающая среда, в которую легко встраиваются различные информационные единицы на основе каталогизации файлов. Это позволило учащимся этой группы получить целостную обучающую мультимедийную систему, выразить свои идеи средствами мультимедиа- технологии.

При проведении формирующего эксперимента были подтверждены основные положения гипотезы исследования. Эксперимент был проведен с тремя сформированными группами студентов института естествознания на основе выработанных в предыдущие этапы критериев дифференциации. В процессе обучения студенты выполняли тестовую работу, в которой проверялась сформированность следующих знаний и умений:

1. Знание теоретических положений когнитивной психологии о методах познания.

2. Умения реализации текстового выражения идеи, образа, процесса, понятия в среде текстового процессора.

3. Умения реализации идеи, образа, процесса, понятия, средствами звука.

4. Умения реализации идеи, образа, процесса, понятия визуальными средствами 5. Умения реализации идеи, образа, процесса, понятия графическими средствами.

6. Умения использовать программно-техническое обеспечение мультимедиа - технологии.

7. Умения интегрировать в единую мультимедийную обучающую среду все информационные компоненты, опираясь на знание когнитивных факторов повышения эффективности процесса познания.

8. Умения использовать глобальную сеть Internet для поиска информации и ее целенаправленного применения в мультимедийной обучающей среде.

9. Умение реализации интерактивного взаимодействия с мультимедийной обучающей средой.

При этом под умениями подразумевается способность учащихся выполнять разнообразную деятельность на основе приобретённых ими знаний.

Для оценки уровня усвоения использовались информационностатистические методы на основе энтропийного подхода, основанного на определении минимума различающейся информации двух гипотетических с-значных категорий. В качестве гипотез были приняты успешное и соответственно неуспешное выполнение заданий теста группой учащихся, а в качестве с-значных категорий была выбрана двухзначная категория 1зачет, 0- незачет. Оценка велась для каждого задания вышеприведенного теста. В результате, учитывалась вероятность успешного выполнения каждого задания теста как группой учащихся, получивших итоговый зачет по всем заданиям теста, так и группой учащихся, не получивших итогового зачета по всем заданиям теста. Аналогично учитывалась вероятность неуспешного выполнения каждого задания обеими группами учащихся.

Полученные показатели уровня усвоения охарактеризовали как качество усвоения, так и соответствие разработанного содержания учебного процесса уровню знаний и способностей обучаемых внутри каждой из дифференцированных групп. На занятиях по изучению мультимедиа – технологии был проявлен повышенный интерес к аспектам когнитивной психологии. Количественно выражен уровень усвоения знаний, умений и навыков использования мультимедийных технологий в обучении при условии реализации уровневой дифференциации как формы организации учебного процесса. По результатам трех этапов педагогического эксперимента определено содержание дисциплины «Новые информационные технологии в естественнонаучном образовании» на основе мультимедиа-технологии. Показано, что эффективность обучения использованию мультимедиа-технологии в образовании возрастает при применении информационной среды, интегрирующей техническое, программное, математическое, информационное, методическое и организационное обеспечение.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

В диссертационном исследовании решена научная проблема подготовки будущих учителей разных предметов к использованию мультимедийных технологий. Полученные результаты исследования имеют методологическую, теоретическую и практическую значимость.

Методологическая значимость включает в себя выдвинутые концептуальные положения, выявленные закономерности и принципы построения эффективной методики формирования знаний, умений и навыков использования мультимедийных технологий в обучении.

Предложена концепция обучения использованию мультимедийных технологий, заключающаяся в создании информационной среды обучения, интегрирующей техническое, математическое, программное, информационное, методическое, организационное обеспечение, которая выполняет функции дополнительного компонента учебно-познавательного процесса, использующего мультимедийные технологии.

Выявлена методологическая основа обучения использованию мультимедийных технологий, основанная на тесной взаимосвязи основных положений когнитивной психологии о процессе познания и средств, методов новых информационных технологий, которая позволяет определить развитие основных компонентов учебно-познавательного процесса: целей, содержания, средств и форм организации учебной деятельности в информационной среде обучения.

Разработаны и обоснованы формы и методы организации учебного процесса по обучению использованию мультимедийных технологий:

уровневая дифференциация и метод деятельностного подхода, под которым понимается процесс взаимодействия преподавателя, учащихся и информационной среды.

Теоретическая значимость выполненного диссертационного исследования заключается в выявлении, объяснении понятий и компонентов учебно-познавательного процесса обучения использованию мультимедийных технологий.

1. Раскрыта сущность взаимосвязи теоретических положений когнитивной психологии о методах познания и мультимедийных технологий, предложены конкретные механизмы их взаимодополняющего использования при реализации обучения на основе мультимедийных технологий.

2. На основе анализа развития мультимедиа-технологии предложено теоретическое представление об учебном предмете как целостности, включающее часть содержания, которую нужно усвоить и средства для усвоения содержания.

3. Предложена концептуальная основа познавательного процесса, учитывающая все необходимые информационные компоненты для формирования знаний, умений и навыков использования мультимедийных технологий в обучении.

4. На основе концептуальной основы определены направления развития знаний, умений и навыков познавательной деятельности учащихся каждой из групп дифференциации и предложены соответствующие содержание, средства, методы учебно-познавательной деятельности, позволившие реализовать творческий характер обучения в каждой группе.

5. Разработаны методы количественной оценки уровня усвоения знаний, умений и навыков использования мультимедийных технологий на основе энтропийного подхода к определению вклада каждого информационного компонента в общую оценку эффективности обучения.

Прикладная значимость диссертационного исследования заключается в практической реализации учебно-познавательной деятельности, включающей в себя методику формирования знаний, умений, навыков использования мультимедийных технологий в обучении в конкретных условиях, включающей в себя определенные цели, отобранное содержание, методы, средства и формы организации учебного процесса.

1. Определены практические методы обработки текстовых, графических, звуковых, видео данных.

2. Предложены конкретные программные и технические средства их обработки. Критериями отбора средств явились свойства универсальности, интегрированности, открытости.

3. Раскрыта суть и наполнен конкретным содержанием каждый уровень предложенной концепции интеграции технического, математического, программного, информационного, методического, организационного обеспечения для использования мультимедийных технологий.

4. Разработана и практически реализована концепция интеллектуального интерфейса, основанная на технологии объектноориентированного программирования. На основе этой концепции создана и внедрена в учебно-методическое управление РГПУ им. А.И.Герцена автоматизированная система расчета нагрузки кафедры, разработана и внедрена в учебный процесс кафедры информатики и вычислительной техники управляющая мультимедийная программа для интеграции мультимедийных технологий в процесс обучения.

5. Разработана в среде электронной таблицы MS Excel программа автоматизированного расчета количественной оценки уровня усвоения знаний, умений и навыков использования мультимедийных технологий на основе энтропийного подхода к определению вклада каждого информационного компонента в общую оценку эффективности обучения.

6. По результатам поискового, констатирующего, формирующего эксперимента разработано конкретное содержание курса, основанного на изучении мультимедийных технологий «Новые информационные технологии в естественнонаучном образовании».