Проблемные ситуации в программированном обучении

Большинство присутствующих не сомневалось в том, что машины, обладающие способностью обучаться, скоро будут созданы... Все были в основном единодушны во взглядах на природу обучения у машины, однако что касается природы обучения у человека, то по этому вопросу возникли существенные разногласия.

М. Таубе. Вычислительные машины и здравый смысл

Исследования в области программированного обучения преодолели тот период, когда они вызывали сенсацию. Потеряли смысл многие сенсационные заявления о новой «программированной» эре в педагогике и педагогической психологии, о том, что программированное обучение призвано заменить учителя и т. п. Рассеяны иллюзии о безграничных возможностях формализации процесса обучения.

Программированные учебные пособия стали использоваться в школе и в вузе как одно из вспомогательных средств обучения. Экспериментальные и теоретические исследования определили круг проблем, которые являются центральными и специфическими для решения вопросов программированного обучения. Произошла значительная дифференцировка между исследованиями в области программированного обучения и в близких областях исследований (моделирование обучения, конструирование обучающихся автоматов, эвристическое программирование и др.). Такая дифференцировка исследований позволила четче сформулировать собственную проблематику и те реальные практические задачи, которые могут решать исследования в области программированного обучения.

В результате исследований в области программированного обучения созданы специальные типы учебных пособий — «обучающих программ» или «программированных самоучителей», обеспечивающие возможности самостоя-

тельного усвоения определенного круга знаний и действий.

Кроме того, созданы специальные обучающие устройства и тренажеры, обеспечивающие возможности использования обучающих программ для дифференцированного индивидуального обучения и тренировки больших групп учащихся. Эти результаты имеют важное значение для обеспечения эффективного самостоятельного обучения и для целесообразного построения учебных курсов с помощью современных технических средств — радио, кино и телевидения.

В связи с тем, что условия программированного обучения предполагали прежде всего исследование возможностей самостоятельного усвоения знаний и действий, главной стала проблема управления процессами усвоения. Постановка и обсуждение этих общих проблем имели немаловажное значение для уточнения специфических проблем программированного обучения и для оценки различных теоретических концепций в решении специальных вопросов программированного обучения.

Главный инструмент программированного обучения — программированное пособие. По существу все основные принципы, которые присущи программированному обучению в отличие от обычных условий обучения, могут быть полностью реализованы при построении учебного пособия. Ибо программированное учебное пособие для того, чтобы выполнить функцию самоучителя, должно включать условия, необходимые для организации управления познавательной учебной деятельностью. Некоторые функции, которые в обычных условиях осуществляет учитель, при программированном обучении выполняет само учебное пособие.

Естественно, что при этом возникают те же самые общие проблемы обучения, которые стоят перед психологией обучения. В некоторых случаях, в силу специфичности условий обучения с помощью самоучителя, эти проблемы встают с еще большей остротой, чем при анализе обучения в обычных условиях.

Специфику программированного обучения составляют его практическая направленность, возможность такой организации обучения, при которой сам обучающийся может с помощью специальных дидактических средств приобретать необходимые знания и навыки. Процесс такого

самообучения может осуществляться с помощью или без помощи технических средств. Однако во всех случаях необходим некоторый минимум условий, которые могли бы обеспечить возможности самообучения.

Эти условия в значительной части совпадают с условиями проблемного обучения в их применении к составлению программированного пособия, к управлению процессом усвоения в условиях самостоятельного овладения знаниями. В этом отношении проблемное обучение разработало такие условия обучения, принципы которого вольно или невольно использованы в большинстве систем программированного обучения.

Из всех существующих систем учебного программирования основными до настоящего времени остаются линейная и разветвленная системы. Все последующие попытки создания иных систем ограничивались либо отдельными дополнениями и усовершенствованиями указанных систем, либо привели к различным формам «смешанного программирования».

В качестве наиболее общих принципов программированного обучения обычно указываются следующие:

1. Дробление учебного материала на отдельные порции-кадры, соответствующие одному «шагу» в процессе усвоения.

2. Активность процесса усвоения, обеспечиваемая необходимостью выполнения проблемных заданий, предлагаемых в каждом кадре.

3. Наличие обратной связи (самоконтроля) при выполнении каждого задания.

4. Возможность индивидуализации процесса обучения.

Реализация этих принципов позволила создать учебные пособия (программированные материалы) и использовать технические средства (обучающие машины), обеспечивающие самостоятельное усвоение некоторых учебных материалов. В этом заключается основная заслуга создателей программированного обучения.

Наряду с указанными общими принципами основные системы программированного обучения характеризуются рядом специфических черт, позволяющих рассматривать их как различные.

Особенности линейного построения программ, их экспериментальный анализ

Одним из основных принципов линейного программирования является такое изложение учебного материала, при котором его можно усвоить без ошибок. Использование этого принципа определило в значительной степени тот порядок расположения учебного материала, в соответствии с которым этот тип программированных материалов получил название линейного, предполагающего одну и ту же последовательность усвоения для всех учащихся. Схематически линейный тип программирования можно представить следующим образом (цифрами обозначены кадры программы):

Естественно, что при такой обязательной, единой для всех учащихся последовательности процесса усвоения составители программированных материалов столкнулись с, казалось бы, непреодолимой трудностью — различным уровнем подготовки учащихся и их различными возможностями к обучению. Было найдено простое решение — линейная программа рассчитана на самых слабых учащихся, каждый отдельный кадр программы содержит минимальную информацию, а каждое задание представляет минимальную трудность для ученика.

Теоретическим основанием этого принципа линейного программирования является бихевиористское сведение всего поведения человека к «оперантным» единицам поведения (навыкам) и известный торндайковский «закон эффекта» как основной принцип формирования новых актов поведения. Эти два положения бихевиоризма и определили, по существу, «линейность» и «безошибочность» обучения в линейной системе программирования.

Распространяя положения бихевиоризма на поведение человека, Б. Ф. Скиннер (основатель линейного программирования) исходит, прежде всего, из того, что специфической чертой поведения человека является его вербаль-ность. Такая характеристика специфики поведения человека не содержит в системе бихевиоризма чего-либо

нового, это в различной форме отмечали большинство представителей бихевиоризма. Вербальность определила некоторые требования к линейному программированию и, возможно, один из его наиболее показательных признаков — пропуск слов в кадре как основную форму заданий. Известно, что именно эта форма заданий наиболее распространена при обучении языку, где она наиболее оправдана и вполне адекватна. (Мы имеем в виду задания типа пропусков слов, словосочетаний и отдельных элементов слова — префиксов, суффиксов и т. п.).

Наиболее характерные признаки линейной программы достаточно наглядно могут быть представлены в структуре каждого отдельного кадра (табл. 8).

Таблица 8 Функциональная структура кадра линейной программы

Элемент кадра	Назначение элемента
1.	Изложение известного (контекст)
2.	Задание в форме пропуска слов, словосочетаний, цифр, букв и других смысловых элементов
3.	Новые сведения
4.	Правильный ответ для самопроверки (в последующем кадре)

Основной недостаток линейной системы программирования — упрощение деятельности человека. Этот общий недостаток определяет как отдельные конкретные недостатки системы, так и возможности ее использования в целях обучения человека знаниям и навыкам, требующим выполнения действий с конкретными предметами. Недостатки линейной системы программирования для обучения человека не позволяют с ее помощью формировать те или иные сложные виды деятельности, а также исключают из процесса усвоения специфические условия познавательной мотивации.

Линейная система программированного обучения стала отправным пунктом в развитии программированного обучения. Совершенствованию и критическому анализу этой системы посвящены многочисленные теоретические и экспериментальные исследования. В ряде исследований (А. Н. Леонтьев и П. Я. Гальперин, Г. С. Костюк, Н. Ф. Та-

лызина, Е. И. Машбиц и В. М. Бондаревская) отмечаются принципиальные недостатки скиннеровской системы программирования, связанные с теми теоретическими принципами оперантной теории поведения, на которых основана эта система.

В нашем экспериментальном исследовании скиннеровской системы программированного обучения мы исходили из того, что недостатки (так же, как и достоинства) той или иной системы обучения проявляются не только в особенностях так или иначе организуемого процесса усвоения, но и в качестве приобретаемых в этом процессе знаний и навыков. Качество усвоения в конечном счете одно из главных критериев, по которому можно судить об эффективности той или иной системы программированного обучения (А. А. Смирнов).

Возможности решения поставленной задачи облегчаются тем, что в системах программированного обучения в конце изучения той или иной темы (учебного раздела) составители программированных материалов предлагают учащемуся задания для самоконтроля, выполнение которых свидетельствует о полноценности усвоенных знаний и навыков. Характер и особенности этих тестовых заданий, таким образом, отвечают тем требованиям, которые предъявляются к качеству знаний учащихся.

В нашей школе приняты некоторые критерии, свидетельствующие об усвоении учащимися того или иного учебного материала. Эти критерии не всегда точно сформулированы, однако они всегда представлены в той системе задач и упражнений, которые должен уметь выполнять учащийся после изучения учебной программы.

В качестве экспериментального материала нашего исследования мы взяли раздел алгебры «Степени чисел», изучавшийся по старой программе в шестых классах средней школы. Этот материал был подготовлен в соответствии с принципами скиннеровской системы программирования. Испытуемые — учащиеся двух шестых классов школы № 397 Москвы.

Программированные материалы, использовавшиеся в эксперименте, были подвергнуты предварительной проверке на их доступность и возможность безошибочного выполнения учащимися заданий в кадрах программы (более чем в 90 % случаев). После самостоятельного изучения программированного текста учащиеся выполняли тес-

товые задания, построенные в соответствии с требованиями линейных программ и предлагавшиеся в конце изучения темы. Сначала учащиеся выполняли тестовые задания, а затем соответствующие изучаемому материалу задания из школьного «Сборника задач по алгебре», а также из учебника «Алгебры».

Примеры тестовых заданий в программированных материалах:

1. В каком порядке перемножаются сомножители?

2. Как кратко записать, что число 60 взято как сомножитель дважды?

3. Что называется степенью числа?

4. Как записать выражение: «Третья степень восьми»?

5. Как записать степень, если дано «Ь (основание степени) = 4; а (показатель степени) = 2»?

6. Чему равно выражение А¹? «6» или «1»?

Примеры более сложных тестовых заданий, использовавшихся в контрольных экспериментах:

7. Вычислить площадь квадрата со стороной, равной а.

8. Вычислить:

1) 100²;

2) (1-|)²;

3) (0,001)²;

4) (1,1)\

9. Вычислить объем куба, ребро которого равно:

1) 30 см;

2) 0,4 м;

3) а.

10. Записать с показателями степеней простые множители следующих чисел: 128; 1 728; 1 000.

11. Пользуясь степенью числа 10, записать сокращенно следующие числа: 4 000; 90 000; 800 000.

12. Записать в виде степени числа 10 число миллиметров в 1 км и число квадратных дециметров в 1 км².

Результаты проведенного эксперимента показали, что для многих учащихся после изучения обучающей программы предложенные задания оказались слишком сложными. Выполняя их, учащиеся допускали ошибки, с некоторыми заданиями не справились. При этом многие ученики, изучавшие материалы по линейной программе и не допускавшие ошибок в процессе обучения, при выполнении

контрольных заданий допускали ошибки, которые были выделены в разветвленной программе как типичные. (По параллельной разветвленной программе этот материал изучался другой группой учащихся тех же классов). Наиболее типичные ошибки, допускавшиеся учащимися: ах а = 2а; 1002 = 200; (0,001)2 = 0,002;

Ряд детей отказывались выполнять задания на том основании, что в первом случае «нельзя записать число 4 000 как степень 10», а во втором: «Разве можно записать число миллиметров в 1 км как степень 10?», «Какже можно возвести в степень числа 10 число дм² в 1 км²? Здесь уже возведено в квадрат».

Таким образом, оказалось, что изменение условий заданий в контрольном эксперименте вызывает у учащихся значительные затруднения и приводит во многих случаях либо к ошибкам, либо к отказу от выполнения задания. Контрольные задания отличались от заданий для самопроверки только тем, что в них включались новые условия.

Ошибки, допущенные учащимися, а также отказы от выполнения контрольных заданий, показывают, что учащиеся научились в условиях обучения по программированным материалам линейной программы выполнять лишь такие задания, которые встречались им в самом процессе обучения, и не могут выполнить усвоенные действия в несколько изменившихся условиях. Вероятно, ученики смогли бы выполнять указанные задания в том случае, если бы аналогичные задания были включены в текст программированных материалов. Однако и в этом случае не было бы гарантии в том, что иное изменение заданий не вызовет аналогичных трудностей. Этот факт говорит о том, что обучение по программированным материалам типа скиннеровских приводит к формированию довольно косных навыков с ограниченными условиями их применения. Границами этих условий являются те условия, которые использовались непосредственно в процессе обучения. „

Процесс формирования навыков в условиях скинне-ровской линейной системы программированного обучения не обеспечивает условий полноценного приобретения навыков. В процессе обучения по скиннеровской системе учащийся, как известно, от шага к шагу точно направляется к правильному выполнению каждого задания с помощью предлагаемых ему сведений, подсказок и немедленных «подкреплений». Внешне кажется, что созданы на-

иболее благоприятные условия для формирования навыка. Учащийся не делает ошибок и довольно быстро продвигается в процессе обучения. Однако даже незначительное изменение условий задания приводит к разрушению сложившегося навыка.

Можно провести следующую аналогию. Человек, соблюдая равновесие, учится ходить по спортивному снаряду — «бревну». Чтобы облегчить процесс обучения, мы ограничиваем «бревно» перилами, за которые он может всякий раз удержаться в случае нарушения равновесия. Казалось бы, созданы наиболее благоприятные условия для формирования навыка, однако сможет ли наш ученик пройти, если перила будут убраны? Этот пример в некоторой степени характеризует те условия, в которых формируется навык при скиннеровской системе программирования, и те ограничения, которые накладывают эти условия на качество этого навыка.

Принципы разветвленного программирования, их экспериментальный анализ

Принцип индивидуализации способов усвоения учебного материала — основной принцип разветвленной системы учебного программирования. В соответствии с ним разветвленная программа предусматривает различные пути усвоения одного и того же учебного материала различными учениками. Так, ученик с высоким уровнем подготовки может изучать учебную программу, минуя разветвления, т. е. переходя всякий раз к новому, более сложному заданию. Этот путь (основная линия программы) строится на том предположении, что только «сильные» ученики могут усвоить необходимые знания и приобрести нужные навыки, не допуская ошибок при выполнении заданий. В отличие от линейной системы программирования главная линия разветвленной программы рассчитана на наиболее подготовленных учащихся. Основная же масса учеников может усваивать материал разветвленной программы, только предварительно столкнувшись с ошибками и в процессе их преодоления.

Принципом разветвления учебной программы являются типичные ошибки, которые может допустить учащийся в процессе усвоения. Принцип ошибок при разветвленном программировании выступает, таким образом, не только как принцип разветвления программы, но и как основной принцип

обучения большинства учащихся. Основатель этой системы Н. Краудер не предложил какого-либо теоретического объяснения этого принципа, который, безусловно, напоминает известный принцип «проб и ошибок» Э. Торндайка.

Общей и наиболее характерной особенностью любой системы программирования является структура каждого отдельного кадра программы. Кадр программы как бы в миниатюре воспроизводит основные черты и принципы соответствующей системы программирования. Структура кадра определяет объем шага в процессе усвоения, особенности изложения новых сведений и постановки задач, способы учебной деятельности ученика и специфику обратной связи и т. д.

В отличие от линейной программы, в которой все кадры имеют одну и ту же структуру, в разветвленной программе можно выделить два основных типа кадров, несколько различающихся между собой:

1) кадры основной линии программы (табл. 9);

2) кадры разветвлений (табл. 10).

Таблица 9 Функциональная структура кадра основной линии разветвленной программы

Элемент кадра	Назначение элемента
	Оценка правильного ответа
	Объяснение известного
	Новые сведения
	Постановка задания (вопрос или задача)
	Ответы для выбора (один правильный, остальные ошибочные)

Таблица 10 Функциональная структура кадра разветвлений

Элемент кадра	Назначение элемента
	Оценка неправильного ответа
	Объяснение причины ошибки
	Дополнительное разъяснение основного задания
	Возвращение ученика к основному заданию (или другому месту программы)

В приведенных таблицах показаны обязательные элементы кадров разветвленной программы. Ни один из указанных элементов нельзя изменить сколько-нибудь существенно, не нарушив при этом принципов разветвленного программирования. Ниже мы рассмотрим каждый элемент кадра по его функции в процессе усвоения.

Начальный этап в процессе обучения по разветвленной программе — оценка знаний ученика перед самостоятельной учебной работой. Этот элемент кадра выражает принципиальное положение программированного обучения о необходимости предварительной оценки тех начальных знаний, которыми владеет ученик, приступая к обучению. Естественно, что особое значение указанный принцип приобретает на самом начальном этапе процесса обучения, однако не менее важно его значение и при последовательном переходе от одного кадра к другому в процессе пошагового усвоения учебного материала. Функцию обратной связи, т. е. функцию контроля самим учеником за правильностью выполнения им задания, осуществляет второй элемент кадра. Он приобретает особенно важное значение в кадрах разветвлений, так как наряду с общей оценкой неправильности ответа содержит указание на причину допущенной ошибки и наиболее вероятные недостатки в знаниях ученика. По существу, этот элемент кадра выполняет основную функцию в кадрах разветвлений.

Как показано в табл. 9, третий элемент кадра в разветвленной программе (изложение новых сведений) не специфичен для разветвленного программирования и представляет собой обычное «объяснение нового материала». Единственное требование, которое характеризует специфику этого элемента, — достаточность изложенных сведений для постановки нового задания.

Задания в кадрах разветвленной программы являются как средством контроля, так и способом применения знаний, усвоенных учеником. Специфическая особенность последнего элемента разветвленной программы заключается в том, что ответы «на выбор» предполагают их «узнавание» в отличие от «конструирования» ответа в линейной системе программирования.

С целью оценки оптимальности предложенных принципов разветвленного программирования были проведены два эксперимента.