Основные принципы использования компьютеров при обучении химии

Сегодня применение компьютерных технологий в образовании уже не выглядит экзотикой, а, наоборот, представляется естественным и необходимым. В связи с этим возникают вопросы, связанные с наиболее эффективным применением компьютеров при обучении, а то и просто с целесообразностью их использования. Действительно, компьютерная версия обучения довольно сильно отличается как от обучения с помощью преподавателей, так и от книжного самообразования. Возникает вопрос: действительно ли компьютеры могут быть полезны при обучении? Положительный ответ возможен только в том случае, если в образовательном процессе найдутся такие «экологические ниши», когда компьютер оказывается полезней человека. Следовательно, областью наиболее эффективного применения компьютеров являются те ситуации, когда оказываются востребованными и желательными именно отличия компьютера от преподавателя или от учебника.

Для того, чтобы сделать обучение с применением компьютерных технологий максимально эффективным, необходимо выяснить какие преимущества и недостатки оно имеет по сравнению с традиционными способами. Для этого проведем сравнение обучения 1) с помощью компьютера и книг и 2) с помощью компьютера и преподавателя.

Решение задач является одним из основных методов освоения материала по химии. У обычных задачников, напечатанных на бумаге, есть один недостаток – фиксированный объем. Такой задачник может быть полезен ученику только до тех пор, пока он не решит все включенные в него задачи. Авторы задачников стараются, по мере возможностей, отразить все многообразие возможных задач по химии. В результате в задачниках практически каждая задача посвящена отдельной разновидности, а задачи-дублеры, для решения которых можно использовать один и тот же подход, почти отсутствуют. Ограниченный объем не позволяет авторам давать подробные объяснения по порядку решения подавляющего большинства задач.

Компьютер может делать только то, что ранее было заложено в программу. В этом компьютерное обучение полностью подобно самообучению по книгам, которые тоже имеют фиксированное содержание, отражающее вкусы и пристрастия авторов. К сожалению, современные компьютерные пособия по химии полностью копируют в этом отношении печатные издания.

Современные компьютерные технологии позволяют хранить огромные количества информации на общедоступных носителях. В этом заключается несомненное преимущество компьютеров перед бумажным носителем. Вполне реально объединить в рамках одного компьютерного задачника сразу несколько бумажных и получить один «суперзадачник». Однако такой, экстенсивный, подход требует огромной работы по подготовке и структурированию содержания пособия. Более перспективным нам представляется другой подход, основанный на автоматической генерации задач, обсуждаемый ниже.

Другой важной особенностью работы с компьютером является возможность автоматической интерактивной проверки выполнения заданий. При этом значительно уменьшается нагрузка как на учеников (не надо оформлять задания в письменном виде), так и на учителей (не надо проверять правильность выполнения). Кроме того, оказывается возможным получить достаточно полную информацию о ходе выполнения задания, выявить те типы задач, которые вызывают наибольшее затруднение у обучаемого. На наш взгляд, это очень важное преимущество компьютерного задачника перед обычным.

Одним из возражений против применения компьютеров в учебном процессе является потенциальный вред здоровью учеников. Восприятие текста с экрана дисплея весьма затруднено, кроме того, существуют достаточно жесткие ограничения на длительность работы с компьютером. Однако эти соображения относятся, в основном, к работе с электронными книгами. При решении задач (или тестировании) работу можно организовать таким образом, что это возражение будет снято. Для этого необходимо сделать так, чтобы значительную часть времени работы ученик не смотрел на экран, а именно: 1) ученик с экрана считывает условие задачи (несколько строк текста), 2) решает задачу на бумаге, 3) вводит или выбирает ответ.
Таким образом, можно сказать, что компьютерная версия задачника имеет несомненное преимущество перед печатным изданием.

В отличие от компьютера «живой» преподаватель способен гибко варьировать как свое поведение, так и содержание лекции или урока, способы изложения учебного материала. При этом достигается наиболее эффективное обучение, учитывающее уровень обучаемого и его способность воспринимать излагаемый материал. В этом плане компьютерные программы можно уподобить слегка туповатому учителю, который заучил наизусть некоторый текст и способен всего лишь механически повторять его. Таким образом, полная замена учителя компьютером приводит к ухудшению условий обучения. Однако применение его в качестве помощника преподавателя может, наоборот, привести к повышению качества учебного процесса. Как указывалось выше, для этого надо определить, в каких ситуациях и при каких условиях недостатки этой «железяки» превращаются в достоинства, и она оказывается более полезной, чем человек.

Каковы же основные отличия компьютера от преподавателя?

1. Компьютер нельзя вывести из себя. Он может сколько угодно раз повторять один и тот же кусок лекции или подбирать задачи на заданную тему. Всем кто учился или учит других, вне всякого сомнения, знакома ситуация, когда достаточно простые темы, которые без труда осваивает основная масса учащихся, некоторым из них, вполне успевающим в этой дисциплине, даются с трудом. Представить себе преподавателя, который помогал бы одному и тому же ученику решать большое количество однотипных, и, на его взгляд, тривиальных задач, не испытывая при этом раздражения и нетерпения, затруднительно.
2. Компьютер не человек. Этот пункт тесно связан с предыдущим. Действительно, ученик прекрасно понимает, что его неспособность быстро усвоить материал, с точки зрения других – очень простой, выставляет его в неприглядном свете в глазах учителя и соучеников. Как правило, ученики, даже с сильной мотивацией, после двух-трех неудачных попыток стараются избегать задач на эту тему. В результате «в тылу» остается неусвоенный материал. Это затрудняет дальнейшее усвоение дисциплины и часто приводит к эффекту «снежного кома» – очень быстрому увеличению тем и разделов, недоступных для полноценного усвоения. Подобная ситуация может быть легко разрешена с помощью самостоятельных занятий на компьютере, которого можно не стесняться и который позволит ученику тренироваться в решении задач данного типа до тех пор, пока не будет достигнуто хорошее усвоение темы.
3. Компьютер хорошо справляется с оценкой только тех ответов и решений, которые подразумевают однозначный результат. Если преподаватель, учитывая оригинальность подхода или, скажем, проявленные знания, вполне может засчитать не полностью или частично неправильно выполненное задание, то компьютер учитывает только правильный ответ (его можно иногда угадать), в лучшем случае с помощью компьютера можно проверить правильность решения стандартных задач, причем решенных по стандартной методике. Даже небольшое, незначительное, отклонение от методики, например, ни на что не влияющая перестановка вычислений, поставит компьютер в тупик. Поэтому основная область применения компьютера-экзаменатора – это тесты, подразумевающие простые вопросы или задачи с четко определенным правильным ответом. Преимущество компьютера в данном случае заключается в том, что с его помощью можно проводить не только контрольные тесты, но и освоение самой процедуры тестирования. Компьютер способен быстро и безошибочно проверить большое количество тестов. В то же время, необходимость постоянно проверять и оценивать несколько десятков тестов, вне всякого сомнения, является серьезной дополнительной нагрузкой для преподавателя.
4. Компьютер способен практически без задержки генерировать стандартные задачи, т.е. задачи, для решения которых существуют алгоритмизируемые методики решения. При таком определении «стандартными» оказываются почти все задачи по химии, которые обычно предлагаются к решению в рамках школьного и институтского курсов химии, в том числе и довольно сложные, многостадийные, задачи, требующие длительных расчетов. При этом разнообразие задач достигается за счет изменения внешних условий, замены веществ и реакций, использования различных единиц измерения, автоматического создания составных алгоритмов, состоящих из нескольких элементарных алгоритмов и т.д. Составление подобных задач, их проверка и нахождение ответа – весьма трудоемкое занятие для человека. В то же время компьютер способен делать эту довольно скучную работу, требующую большой скрупулезности, быстро, безошибочно и без восклицаний «Как мне все надоело!»
5. Ввод информации в компьютер зачастую связан с искажениями. Также весьма трудно «научить» компьютер считать, что (например) 1,59 и 1,5907 – это одно и то же число.
Наилучший способом избежать подобных ситуаций, когда правильно решенная задача не засчитывается в силу незначительного отличия между правильным ответом и введенным числом – это выбор из нескольких пунктов, т.е. метод выбора ответа, принятый в тестах. Подобный выбор ответа, наиболее близкого к полученному результату позволяет избежать тривиальных ошибок, связанных с неумением работать на клавиатуре, сократить потери времени на ввод результата, избежать расчетов с очень большой разрядностью (в некоторых случаях может быть достаточно простой качественной прикидки).

Таким образом, наиболее полезное и эффективное применение компьютеров – обучение решению стандартных задач и тестирование, включая самопроверку. Между этими двумя режимами нет принципиального различия, так как в тесты довольно часто включают решение простых задач.