НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Баранников Сергей Николаевич

кандидат военных наук, доцент кафедры «Информатика»

Анапского филиала Российского государственного социального университета

Курс «Человеко-машинное взаимодействие», предусмотрен учебными образовательными стандартами по направлению 654600 «ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА», решает задачи развивающего, мировоззренческого, технологического характера и по сравнению с другими дисциплинами имеет ряд специфических особенностей, обусловленных содержанием изучаемого материала. Человеко-машинное взаимодействие - это дисциплина, объединяющая знания в областях: психологии познания, проектирования программного обеспечения и компьютерных систем, социологии и организации бизнеса, эргономики и системного анализа, управления процессами и промышленного дизайна.

Понятие «интерфейс» (interface) широко используется в связи с различными ситуациями - от взаимодействий в компьютерных системах и телекоммуникациях до социальных отношений и менеджмента. Проблемы человеко-машинного интерфейса относятся к прикладным междисциплинарным исследованиям и имеют высокую системную сложность. Поэтому они кардинально отличаются от проблем в технических системах.

Проектирование любой сложной системы это декомпозиция целей системы с последующей композицией и установкой интерфейсов. У пользовательского интерфейса всегда две стороны. С одной стороны, качество системы «человек-машина» определено возможностями человека, с другой стороны – возможностями вычислительной машины.

По своей сути это открытая нелинейная сложноорганизованная система, поведение которой крайне неустойчиво. В основе функционирования таких систем лежат субъект-объектные интерфейсы. Сегодня не существует общепринятой системы классификации парадигм человеко-машинного взаимодействия. Объясняется это сложностью самого пользовательского интерфейса, представляющего собой единый и цельный интерактивный объект, в котором объединены функциональные, технические и психологические аспекты взаимодействия.

Пользовательский интерфейс как бы «набирается» из отдельных информационных подпространств, функциональных виртуальных площадок, специализированных по назначению, характерных по обработке конструкций языка представления данных и языка действий.

Наличие разнообразных комбинаций этих структурных элементов – отличительный признак реализации любого интерфейса, а степень сложности таких комбинаций, уровень организации такой структуры можно рассматривать как ведущий критерий его классификации.

В результате изучения курса студенты должны:

•         знать особенности восприятия информации человеком, устройства и режимы диалога, вопросы компьютерного представления и визуализации информации, парадигмы и принципы взаимодействия человека с компьютерной средой, критерии оценки полезности диалоговых систем,

•         уметь построить и описать взаимодействие с компьютерной средой в заданной проблемной области, пользоваться библиотеками элементов управления диалогом, программами поддержки разработки пользовательских интерфейсов, создать среду, описать события и реализовать интерактивную систему по заданию преподавателя,

•         иметь представление о тенденциях развития пользовательских интерфейсов новых компьютерных технологий и методах повышения полезности разрабатываемых и используемых программных систем.

Учебные материалы по курсу «Человеко-машинное взаимодействие» разбросаны по различным учебникам, в большинстве случаев устаревшим, и не учитывают в должной мере тенденций развития современных пользовательских интерфейсов. Одна из основных причин такого положения заключается в том, что система высшего образования довольно консервативна, это не позволяет ей адекватно и быстро реагировать на изменение конъюнктуры рынка труда. Внесение изменений, корректировка и утверждение новых учебных программ занимает, как правило, 5-7 лет.

При этом перечень знаний, умений и навыков, необходимых для успешной работы в сфере ИКТ, меняется столь быстро, что существующая система высшего образования не успевает модифицировать учебные планы. В связи с взрывным развитием отрасли ИКТ, происходит постоянное увеличение требований к знаниям и навыкам ГТ-специалистов. В этих условиях основное внимание в процессе преподавания учебного курса целесообразно сосредоточить на соответствии содержания учебного материала требованиям международного рынка труда и сертификационных программ ведущих компаний, работающих в сфере информационных технологий (MICROSOFT, CISCO, IBM, ORACLE).

Одна из наиболее сложных проблем, которые приходиться решать при разработке содержания учебного материала, состоит в том, чтобы сочетать международные стандарты обучения в области computerscience с национальными традициями образования. Государственные стандарты обучения информатике и вычислительной технике позволяют охватить всю необходимую проблематику, но не обладают достаточной гибкостью, которая так необходима в данном предмете. В этом смысле интересен международный стандарт ComputingCurricula («Рекомендации по преподаванию информатики в университетах»), который допускает изменение технологии преподавания учебной дисциплины каждые два-три года.

С методической точки зрения в процессе преподавания курса следует обратить внимание на следующие моменты.

Необходимо рассматривать процесс изучения курса как систему, то есть упорядоченную совокупность взаимосвязанных элементов целостного образования. Элементами такого учебного процесса являются:

ЦЕЛЬ         СОДЕРЖАНИЕ         МЕТОДЫ, СРЕДСТВА        ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ

ИНФОРМАЦИОННАЯ СРЕДА         РЕЗУЛЬТАТ

Структура процесса изучения курса включает три основных компонента – получение информации, практические занятия и аттестацию (рейтинго-модульная оценка). Все три компонента реализуются в виде электронных образовательных ресурсов следующего вида:

•     Электронные ресурсы для поддержки и развития учебного процесса (электронные учебные пособия, содержащие систематизированный материал в рамках программы учебной дисциплины).

•         Информационно-справочные источники обеспечивают общую информационную поддержку и нацелены на использование в качестве исходного материала при решении учебных задач, в т.ч. выходящих за рамки учебных программ.

•         Электронные тесты и тренажеры, обеспечивающие аттестацию в соответствующих контрольных точках.

В соответствии с ГОСТ 7.83-2001 по природе основной информации электронные издания подразделяются следующим образом:

•         текстовое (символьное) электронное издание - электронное издание, содержащее преимущественно текстовую информацию, представленную в форме, допускающей посимвольную обработку;

•         изобразительное электронное издание - электронное издание, содержащее преимущественно электронные образцы объектов, рассматриваемых как целостные графические сущности, представленные в форме, допускающей просмотр и печатное воспроизведение, но не допускающей посимвольной обработки;

•         звуковое электронное издание - электронное издание, содержащее цифровое представление звуковой информации в форме, допускающей ее прослушивание, но не предназначенной для печатного воспроизведения;

•         программный продукт - самостоятельное, отчуждаемое произведение, представляющее собой публикацию текста программы или программ на языке программирования или в виде исполняемого кода;

•         мультимедийное электронное издание - электронное издание, в котором информация различной природы присутствует равноправно и взаимосвязано для решения определенных разработчиком задач, причем эта взаимосвязь обеспечена соответствующими программными средствами.

Оценка информационных параметров продукта - исходного объема и требуемого для нормальной эксплуатации потока цифровой информации определяет тип исполнения: для локального компьютера или для локальной сети или в качестве ресурса глобальной компьютерной сети.

Количественные преимущества технологии использования электронных ресурсов для поддержки и развития учебного процесса могут оцениваться степенью повышения информационной плотности образовательного продукта. Одна страница текста, как известно, содержит около 2 Кбайт информации. Преподаватель произносит этот текст в течение 1-2 минут. За ту же минуту полноэкранное видео приносит порядка 1,8 Гбайт информации. Большинство людей запоминает 5% услышанного и 20% увиденного. Одновременное использование аудио- и видеоинформации повышает запоминаемость до 40-50%. Кроме того, следует учитывать и разнообразие форм передачи одного и того же блока информации и синхронность их применения. Информация, доносимая до учащегося одновременно в нескольких видах - через текст, изображение, звук - воспринимается существенно более эффективно. С помощью компьютера эти информационные потоки можно синхронизировать.

В ситуации избытка образовательной информации центральной становится проблема отбора, структурирования и кодирования (визуального уплотнения) существенной и релевантной информации.

Проиллюстрируем данный тезис следующим примером.

Возьмем ряд цифр: 58121519222629. Время необходимое на усвоение (запоминание) данного цифрового сообщения зависит от способа его структурирования и формы его визуального представления. Если обучаемым вначале дать логику построения информационного сообщения в виде соответствующей группировки цифр: 5-8-12-15-19-22-26-29, например, как ряд, начиная с числа 5, каждый последующий член которого образуется прибавлением к предыдущему попеременно 3 и 4, то им останется лишь запомнить эту кодовую систему. Применительно к искусству эту мысль очень точно сформулировал С. Эйзенштейн: «Метод, свернутый в суровое сочетание знаков, высекает в их столкновении сухую определенность понятия. Тот же метод, развернутый в богатство уже словесных сочетаний, разворачивается в пышность образного эффекта».

Основным дидактическим принципом образовательной практики сегодня, должен стать «принцип когнитивной визуализации», согласно которому задача когнитивной графики сводится не столько к иллюстративным функциям, сколько к способствованию интеллектуальных процессов. Только рациональное сочетание трех способов представления учебной информации в символьном виде (текстовая информация), в виде графических образов и непосредственное вербальное взаимодействие с педагогом обеспечивает эффективность усвоения знаний.

Содержание учебного курса отражается в учебных программах, являющихся объектами проектировочной деятельности преподавателя, именно в них задаются цели и результаты образовательного процесса. Общие установки воплощаются в конкретной информации, составляющей учебный материал.

Диапазон выбора дидактических средств является ключевой характеристикой электронных изданий и ресурсов.

В соответствии с учебной программой курс разбивается на учебные разделы, минимальные по объему, но цельные по содержанию. В каждый раздел входит три модуля, соответствующих трем основным компонентам образовательного процесса: получение информации, практические занятия, аттестация.

Каждый модуль содержательно и функционально полон в рамках учебного раздела. Модуль может быть разработан как с применением стандартных компьютерных технологий, так и технологии MindMapping. Технология MindMapping представляет собой инструмент позволяющий строить когнитивные схемы знаний (крупноблочные опоры, интеллектуальные карты знаний), в виде иерархической диаграммы, которая формируется вокруг некоторой центральной идеи.

Эта главная идея расшифровывается и дополняется ветвями, представляющими основные темы диаграммы. Каждая тема может быть детализирована темами следующего уровня (подтемами). Существуют дополнительные возможности повышения информативности и читаемости диаграммы: использование символов, рисунков, цвета, форматирование текста. В качестве примера практического использования данного подхода рассмотрим кроссплатформный продукт для генерации идей, отбора, структурирования и кодирования учебной информации ConceptDrawMINDMAPPRO 4.0.

ConceptDrawMINDMAPобъединяет в себе две технологии:

·         технику MindMapping, которая помогает структурировать учебный материал;

·         технологию векторного рисования ConceptDraw, с помощью которой происходит визуализация процесса кодирования учебной информации.

При открытии приложения появляется диалог, предлагающий несколько вариантов начала работы, рис. 1.

Рис. 1.

Работа с программой состоит из трех шагов. На первом шаге вводим текст, и выбираем изображение для главной идеи. На втором шаге выбираются основные элементы логико-структурной схемы. Третий шаг предназначен для выбора стиля оформления структурных элементов. ConceptDrawMINDMAP позволяет также использовать дополнительные объекты, не вписывающиеся в иерархическую структуру. Преподаватель может рисовать свои объекты, использовать готовые объекты из библиотек ConceptDraw, картинки из внешних файлов, OLE-объекты.

Таким образом:

·          ConceptDrawMINDMAP является эффективным инструментом для составления структурированных, понятных и визуально оформленных обучающих материалов.

·          Удобный интерфейс позволяет создать основу логико-структурной схемы учебного материала: задать главную идею, основные темы и общее оформление.

·          Используя панель инструментов, можно изменять структуру: добавлять и удалять темы любого уровня иерархии.

·          Допускается использование дополнительных объектов и рисунков для оформления и пояснения логико-структурной схемы учебного материала. Такие объекты можно либо рисовать вручную, либо использовать готовые из библиотек. Объекты легко прикрепляются к темам. Взаимное расположение главной идеи и тем можно изменять. Существует возможность выбрать один из нескольких стандартных видов упорядочивания тем. Кроме того, положение любого объекта изменяется вручную.

·          Для повышения информативности и читаемости схемы знаний можно использовать символы.

·          Допускается изменение стилевых особенностей объектов: цвет и тип линий, заливка, текст.

Структурированный вариант модуля «Информационная безопасность» учебного курса «Человеко-машинное взаимодействие» представлен на рис. 2.

Рис. 2.

Изучение учебного материала целесообразно организовать «по спирали»: первоначальное знакомство с понятиями всех изучаемых модулей, затем на следующей ступени обучения изучение вопросов тех же модулей, но уже на качественно новой основе, более подробное, с включением некоторых новых понятий, относящихся к данному модулю и т.д. Таких «витков» в зависимости от количества учебных часов, отведенных на курс, может быть два или три.

При изучении учебного курса предполагается проведение лабораторных работ, направленных на отработку отдельных технологических приемов, а также практикума - интегрированных проектов, ориентированных на получение целостного содержательного результата.