Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Профессиональное обучение и педагогика» Э.М. Кравченя ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ И МЕТОДИКА ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Методическое пособие М и н с к Б Н Т У 2 0 1 1 Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Профессиональное обучение и педагогика» Э.М. Кравченя ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ И МЕТОДИКА ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Методическое пособие для студентов заочной формы обучения специальности 1-08 01 01 «Профессиональное обучение (по направлениям)» М и н с к Б Н Т У 2 0 1 1 УДК 371.6 (075.8) ББК 74.202.5я73 К 78 Р е ц е н з е н т ы : канд. физ.-мат. наук, профессор кафедры прикладной математики и информатики БГПУ А.И. Павловский; канд. техн. наук, доцент кафедры «Технология и методика преподавания» БНТУ А.А. Дробыш К 78 Кравченя, Э.М. Технические средства обучения и методика их применения: методическое пособие для студентов заочной формы обучения специальности 1-08 01 01 «Профессиональное обучение (по направлениям)» / Э.М. Кравченя. – Минск: БНТУ, 2011. – 55 с. ISBN 978-985-525-423-3. В пособии рассматриваются вопросы дисциплины «Технические средства обучения и методика их применения». Изучаются психофи- зиологические характеристики процесса приема информации, вопро- сы представления информации в цифровом виде, современные сред- ства обучения: документ-камера, мультимедиапроектор, интерактив- ная доска, плазменная панель, а также методика использования со- временных технических средств обучения в учебном процессе. Издание может быть полезным для преподавателей и студентов педагогических специальностей других вузов. УДК 371.6 (075.8) ББК 74.202.5я73 ISBN 978-985-525-423-3 © Кравченя Э.М., 2011 © БНТУ, 2011 3 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время информационная компетентность преподава- теля становится важной составляющей его профессионализма. По- этому чрезвычайно актуально такое обучение будущих педагогов ПТУ и преподавателей других образовательных учреждений, кото- рое основано не только на фундаментальных знаниях в избранной области, в педагогике и психологии, но и на общей культуре, вклю- чающей информационную. Традиционно на лекционных занятиях используются такие наглядные средства обучения, как доска и мел, плакаты и схемы, стенды. Эти средства помогали в визуализации информации и в определенной степени повышали качество обучения. Однако по- добные формы иллюстративной информации имеют существенные ограничения, так как не способны обеспечить ее восприятие одно- временно большим числом студентов. Кроме того, представление такой информации – статично и не воспроизводит динамики про- цесса, столь свойственных большинству технических дисциплин. Использование информационных технологий позволяет перейти от традиционной технологии, к новой интегрированной образова- тельной среде, включающей все возможности электронного пред- ставления информации. Они способны задействовать в обучении все основные сенсорные системы человека – визуальную, аудиаль- ную и кинестетическую (телесную). Освоение современных технических средств обучения (ТСО), созданных на основе микропроцессорной техники, и методики их применения тесно связано со знаниями студентов из области педа- гогики, возрастной и педагогической психологии, информатики, физики, математики и др. Поэтому курс «Технические средства обучения» целесообразнее изучать после этих курсов, до или одно- временно с курсом частной методики. Применение компьютерных технологий в современном образо- вательном процессе – вполне закономерное явление. Однако эффек- тивность их использования в обучении зависит от четкого пред- ставления о месте, которое они должны занимать в сложнейшем комплексе взаимосвязей, возникающих в системе взаимодействия «преподаватель-обучающийся». 4 1. ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТСО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ 3.1. Психофизиологическая характеристика процесса приема информации Основными психическими процессами, участвующими в приеме информации, являются ощущение, восприятие, представление и мышление. Анализ этих процессов, раскрытие их природы и законо- мерностей необходимы для решения задачи оптимального построе- ния информационной модели реальной обстановки. Прием информа- ции человеком необходимо рассматривать как процесс формирова- ния перцептивного (чувственного) образа. Под ним понимается субъ- ективное отражение в сознании человека свойств действующего на него объекта. Исследования, проведенные в психологии, показывают, что формирование перцептивного образа является фазным процес- сом. Оно включает несколько стадий: обнаружение, различение и опознание. Обнаружение – стадия восприятия, на которой наблюдатель вы- деляет объект из фона, но еще не может судить о его форме и при- знаках. Различение – стадия восприятия, на которой наблюдатель спосо- бен раздельно воспринимать два объекта, расположенных рядом (либо два состояния одного объекта), выделять детали объектов. Опознание – стадия восприятия, на которой наблюдатель выде- ляет существенные признаки объекта и относит его к определенно- му классу. Длительность этих стадий зависит от сложности воспринимае- мого сигнала. Знание последовательности различения признаков сигнала и динамики становления его образа важно для решения та- ких инженерно-психологических задач, как выбор оптимального начертания знаков, определение числа строк в телевизионном изоб- ражении, скорости передачи сигналов и смены кадров в проекцион- ных системах отображения и т.п. В этой связи возникает также про- 5 блема «помехоустойчивости» восприятия, т.е. возможности челове- ка восстанавливать сигналы, частично разрушенные помехами. Восприятие как основа процесса приема информации человеком характеризуется такими свойствами, как целостность, осмыслен- ность, избирательность, константность. Целостность восприятия возникает в результате анализа и синтеза комплексных раздражите- лей в процессе деятельности человека. Осмысленность состоит в том, что воспринимаемый объект относится к определенной катего- рии. Восприятие обладает также избирательностью, которая заключа- ется в преимущественном выделении одних объектов по сравнению с другими. Избирательность восприятия является выражением определенного отношения человека к воздействию на него предме- тов и явлений внешней среды. Константностью восприятия называется относительное постоян- ство некоторых воспринимаемых свойств предметов при изменении условий восприятия. Например, при зрительном восприятии имеет место константность цвета, величины и формы предметов. Констант- ность восприятия цвета заключается в относительной неизменности видимого цвета при изменении освещения. Относительное постоян- ство видимой величины предметов при их различной удаленности называется константностью восприятия величины. Константность восприятия формы предметов заключается в относительной неиз- менности восприятия формы предмета при изменении положения его по отношению к линии взора человека. Константное восприятие свя- зано с восприятием предмета или предметной ситуации как единого целого. Перечисленные свойства восприятия представляют определен- ный интерес в плане инженерной психологии в том смысле, что они не являются изначальными свойствами перцептивного образа, а формируются в процессе его становления. Этот факт имеет большое значение для правильного построения средств отображения инфор- мации, для организации профессионального отбора и обучения че- ловека. Физиологической основой формирования перцептивного образа является работа анализаторов. Анализаторами называются нервные «приборы», посредством которых человек осуществляет анализ раздражений. Любой анализатор состоит из трех основных частей: 6 рецептора, проводящих нервных путей и центра в коре больших полушарий головного мозга. Основной функцией рецептора является превращение энергии действующего раздражителя в нервный процесс. Вход рецептора приспособлен к приему сигналов определенного вида – световых, звуковых и др. Однако его выход посылает сигналы, по своей при- роде единые для любого входа нервной системы. Это позволяет рассматривать рецепторы как устройства кодирования ин форма- ции. Проводящие нервные пути осуществляют передачу нервных им- пульсов в кору головного мозга. Эти импульсы, достигнув коры го- ловного мозга, подвергаются там определенной обработке и снова возвращаются в рецепторы. Только в этом процессе взаимодействия рецепторов и центров в коре больших полушарий происходит фор- мирование перцептивного образа. В зависимости от вида поступающего сигнала различают виды анализаторов. Наибольшее значение для деятельности оператора имеют зрительный анализатор, за ним следуют слуховой и тактиль- ный анализаторы. Участие других анализаторов в деятельности че- ловека невелико. Основными характеристиками любого анализатора являются по- роги – абсолютный (верхний и нижний), дифференциальный и опе- ративный. Понятие каждого из этих порогов может быть введено по отношению к энергетическим (интенсивность), пространственным (размер) и временным (продолжительность воздействия) характери- стикам сигнала. Минимальная величина раздражителя, вызывающая едва замет- ное ощущение, носит название нижнего абсолютного порога чув- ствительности, а максимально допустимая величина – название верхнего порога чувствительности (это понятие вводится по отно- шению лишь к энергетическим характеристикам). Сигналы, вели- чина которых меньше нижнего порога, человеком не воспринима- ются. Увеличение же интенсивности сигнала сверх верхнего порога вызывает у человека болевое ощущение (сверхгромкий звук, сле- пящая яркость и т. д.). Интервал между нижним и верхним порога- ми носит название диапазона чувствительности анализатора. 7 3.2. Восприятие информации зри- тельным и слуховым анализаторами Человек около 90% всей информации об окружающем мире по- лучает через зрительный анализатор. Зрение позволяет восприни- мать форму, цвет, яркость и движение предметов. Возможность зрительного восприятия определяется энергетиче- скими, пространственными, временными и информационными ха- рактеристиками сигналов, поступающих к нему. Совокупность этих характеристик и их численные значения определяют видимость объекта для глаза. Энергетические характеристики зрительного анализатора опре- деляются интенсивностью световых сигналов, воспринимаемых глазом. К ним относятся: диапазон яркостей, контраст, цветоощу- щение. Основной информационной характеристикой зрительного анали- затора является пропускная способность, т.е. то количество инфор- мации, которое анализатор способен воспринять в единицу време- ни. Пространственные характеристики зрительного анализатора определяются воспринимаемыми глазом размерами предметов и их расположением в пространстве. К ним относятся: острота зрения, поле зрения, объем зрительного восприятия. К временным характеристикам зрительного анализатора отно- сятся: латентный период реакции, длительность инерции ощуще- ния, критическая частота мельканий, время адаптации, длитель- ность информационного поиска. Большую роль в процессе зрительного восприятия имеют дви- жения глаз: поисковые (установочные) и гностические (познава- тельные). В реальной жизни значительная часть информации поступает к человеку в форме звуковых сигналов. Отражающие эти сигналы ощущения вызываются действием звуковой энергии на слуховой анализатор. Слуховой анализатор позволяет дифференцировать зву- ковые раздражения и определять направление звука, а также уда- ленность его источника. Источником звуковых волн может быть любой процесс, вызывающий местное изменение давления или ме- ханические напряжения в среде. 8 Одним из наиболее эффективных исторически сложившихся средств передачи информации человеку является речь. В реальных условиях деятельности человеку приходится воспринимать звуко- вые сигналы на том или ином фоне. При этом фон может маскиро- вать полезный сигнал, что затрудняет его обнаружение. Вопрос о характеристиках речевых сигналов прежде всего возникает при раз- работке аппаратуры, предназначенной для передачи информации от человека к человеку. Однако этим его значение не ограничивается. В связи с развитием телефонии открываются возможности исполь- зования речевых сигналов также при обмене информацией между человеком и машиной. Задачи техники связи потребовали изучения зависимости вос- приятия речевых сигналов от их акустических характеристик, опре- деления разборчивости речи в условиях шума, поиска путей повы- шения разборчивости и т. п. Исследования показывают, что важным условием восприятия речи является различение длительности произнесения отдельных звуков и их комбинаций, различение интервалов между словами или группами слов, темп их передачи. Речь обладает не только акустическими, но и некоторыми други- ми специфическими характеристиками. Слово имеет определенный фонетический, фонематический, слоговой, морфологический состав, является определенной частью речи, несет определенную смысловую нагрузку. Важным фактором, влияющим на опознание слов, является их частотная характеристика. Чем чаще встречается слово, тем при более низком отношении речи к шуму оно опознается. 3.3. Взаимодействие анализаторов Взаимодействие анализаторов проявляется, прежде всего, в том, что поступление сигнала по одному каналу или изменение состоя- ния отдельного анализатора под влиянием внешних факторов при- водят к изменению характеристик других анализаторов. Так, чув- ствительность зрительного анализатора может изменяться под вли- янием целого ряда факторов. Многие запахи, вкус сладкого, удоб- ное сидячее положение приводят к повышению чувствительности периферического зрения. Громкие звуки, вкус горького, стоячее по- ложение, повышение атмосферного давления, облучение кожи раз- 9 личными лучами понижают чувствительность периферического зрения. Чувствительность центрального зрения изменяется под вли- янием громких звуков. Имеются данные по изменению и других характеристик зрительного анализатора. Взаимодействие анализаторов необходимо учитывать также при предъявлении человеку полимодальных сигналов, т.е. сигналов, ад- ресованных различным анализаторам. Один из видов полимодаль- ных сигналов – дублирование одного сигнала в разных модально- стях, другими словами, одновременная посылка его разным анали- заторам. В ряде случаев дублирование сигналов является средством повышения надежности передачи информации человеку, его осо- бенно целесообразно применять при передаче сигналов о маловеро- ятных событиях. Дублирование сигналов является также одним из способов увеличения объема кратковременной памяти человека, Другим способом использования полимодальных сигналов явля- ется распределение поступающей к человеку информации между различными анализаторами. Поскольку большую часть информации оператор получает с помощью зрения, то распределение информа- ции является одним из способов предотвращения перегрузки зри- тельного анализатора. Однако при этом нужно учитывать возмож- ности каждого из анализаторов. Слух имеет преимущества в приеме непрерывных сигналов, зрение – в приеме дискретных. Время реакции на слух короче, чем на свет, однако самая короткая реакция на тактильный (кожный) раздражитель. Это свойство осязания можно использовать для подачи сигналов, тре- бующих экстренных действий (например, сигналов опасности). Слу- ховой и зрительный анализаторы принимают информацию находясь на расстоянии от источника, а тактильный – при непосредственном воздействии (прикосновении). Распределение информации является основой для построения полисенсорных (полимодальных) информа- ционных моделей. Исследованиями установлено, что распределение информации является хорошим средством повышения эффективности ее приема. Это обусловлено двумя причинами: во-первых, за счет повышения общего функционального состояния анализаторов и активизации нервной системы, так как полимодальная система приема информа- ции позволяет подавать (в сумме) сигналы большей интенсивности, чем мономодальная; во-вторых, вследствие повышения информаци- 10 онной пропускной способности человека, поскольку он во многих случаях способен одновременно (параллельно) перерабатывать ин- формацию, поступающую к разным анализаторам. И хотя при этом пропускная способность каждого из анализаторов несколько снижа- ется по сравнению с приемом мономодальных сигналов, общая пропускная способность всей анализаторной системы увеличивает- ся. Так, при распределении информации одновременно между тре- мя анализаторами (зрение, слух, осязание) возможно почти дву- кратное увеличение пропускной способности по сравнению с мо- номодальным предъявлением. И, наконец, еще одним из способов использования полимодаль- ных сигналов является их переключение с одной модальности на другую. В отличие от предыдущего в данном случае различные ана- лизаторные системы работают не параллельно, а последовательно. Данный способ может применяться для борьбы с развивающимся утомлением (зрительным или слуховым), возникающим в результате длительной или напряженной работы. При таком переключении по- казатели функций, активных в данной деятельности, понижаются, а неактивных, наоборот, повышаются. Переключение модальности сигналов следует производить при первых признаках утомления ра- ботающего анализатора. 3.4. Система критериев педагогиче- ской эффективности средств обуче- ния Эффективность использования современных ТСО определяется тремя взаимосвязанными аспектами ее обеспечения – техническим, методическим и организационным. Техническое обеспечение вклю- чает в себя адаптацию, совершенствование и разработку ТСО, ис- пользуемых для передачи информации учащимся, обратной связи от учащихся к преподавателю, контроля знаний, организации самостоя- тельных занятий, обработки и документирования информации. Но даже сверхсовременные ТСО не обеспечат необходимого эффекта, если они будут использоваться неумело, без необходимой методиче- ской подготовки и разработки дидактических материалов, с наруше- нием эргономических и психолого-педагогических требований, с не- 11 обоснованным расширением областей их применения, т. е. методиче- ски неграмотно. Большое значение имеет организационное обеспечение ТСО в образовательных учреждениях – их обслуживание и поддержание в рабочем состоянии, модернизация и своевременная замена обору- дования. Одна из причин слабого использования ТСО многими пе- дагогами и воспитателями образовательных учреждений состоит в том, что в их составе много людей, плохо разбирающихся в техни- ке. Боязнь технической сложности аппаратуры и затруднений, воз- никающих при ее неисправности, является сильнейшим психологи- ческим барьером для широкого использования ТСО. И чем совре- меннее и дороже по цене они становятся, тем менее охотно многие преподаватели склоняются к их использованию. Поэтому необхо- димо не только знакомить будущего педагога с ТСО и методикой их использования на занятиях по данному курсу, но и активно во- влекать ТСО во все виды педпрактики студентов, давать разнооб- разные практические задания по их применению. Степень применения ТСО зависит от характера преподаваемой дисциплины, подготовленности и интересов учащихся, формы заня- тий, склонностей и пристрастий самого преподавателя, наличных средств, программно-методического обеспечения. Возможны условно выделяемые три уровня использования ТСО: эпизодиче- ский, систематический и синхронный. На эпизодическом уровне ТСО используются педагогом от случая к случаю. Систематический позволяет значительно расширить объем изучаемой информации и разнообразие ее представления для восприятия, когда преподава- тель продуманно и последовательно включает ТСО в процесс обу- чения. Синхронный уровень предполагает практически непрерыв- ное сопровождение изложения материала применением СО на про- тяжении всего занятия или значительной его части. Однако при любой степени технизации учебного процесса веду- щая и решающая роль принадлежит преподавателю, а ТСО, даже в самых современных вариантах, всегда будут лишь его помощником. Самый высокий уровень технизации учебно-воспитательного про- цесса не заменит положительного влияния личности преподавателя на обучение и воспитание личностных качеств учащихся. Все вышеизложенное определяет место и значение изучения СТСО и методики их использования в процессе профессиональной 12 подготовки будущих воспитателей и преподавателей, которым предстоит работать в современном информационном обществе. Вследствие этого в учебных планах подготовки педагогов- инженеров введена дисциплина «Технические средства обучения» или созвучная, цель которой сделать компетентным каждого вы- пускника педагогического учебного заведения в области примене- ния современных технических средств обучения. 3.5. Дидактические аспекты исполь- зования возможностей средств обуче- ния в системе профессионально- технического образования Использование ТСО будет эффективным и продуктивным, если содержательный материал, передаваемый с помощью ТСО, будет отвечать следующим дидактическим принципам: Принцип доступности – обычно понимаемый смысл этого прин- ципа заключается в том, что на каждом этапе обучения, воспитания, развития следует предлагать учащемуся такую информацию через ТСО, которую он сможет тут же понять. Однако необходимо при этом не занижать возможности обучае- мого, а наоборот создавать все условия для выполнения, усвоения материала на высоком уровне сложности, стимулирующем мысли- тельную активность и интерес учащегося, т.е. доступность это не легкость, а посильная трудность в обучении. Принцип научности означает, что учащимся предлагаются для усвоения прочно установленных в науке положений, учебной ин- формации, шедевров культуры и искусства. Каждое явление должно рассматриваться с разных сторон, в единстве и развитии, т.е. процесс обучения должен воспитывать диалектический подход. Принцип наглядности или «золотое правило дидактики». Класси- ческая дидактика установила принцип наглядности исходя из того очевидного факта, что успешным оказывается такое обучение, кото- рое начинается с рассмотрения явлений, вещей, предметов, процес- сов и событий окружающей действительности. 13 Сознательность и творческая активность. Принцип заключается в задаче обеспечить оптимально благоприятное соотношение педагогиче- ского руководства и сознательного творчества учащихся. Принцип систематичности, означающий, что в обучении все должно быть взаимосвязанным и целесообразным. Систематич- ность обучения предполагает усвоение учащимся учебного матери- ала в его логической последовательности и взаимосвязи. Современ- ная педагогика рассматривает этот принцип как от легкого к труд- ному, от близкого к далекому, от простого к сложному, от известно- го к неизвестному, от частного к целому; как логическую последо- вательность и связь между явлениями, предметами, изучаемыми на разных ступенях обучения. Принцип связи обучения с жизнью и практикой. Практика являет- ся основой познания, поэтому принцип связи обучения с жизнью и практикой является необходимым. Использование данного принципа должно нацеливать учащихся на применение усвоенных знаний, ху- дожественных впечатлений для решения практических творческих, жизненных задач, выработку собственных взглядов, собственного опыта. Принцип прочности усвоения знаний и развития познавательных сил учащихся означает способность обучаемого при необходимости воспроизвести изученное через ТСО и воспользоваться соответ- ствующими знаниями в практической деятельности. Прочность знаний может быть достигнута, если обучение основывается на уче- те психических закономерностей развития и работы памяти. Этот принцип требует, чтобы в обучении гармонично сочеталась работа произвольной и непроизвольной памяти. Непроизвольно запомина- ется то, что для человека интересно, важно, связано с положитель- ными эмоциями. При этом повторение не должно рассматриваться, как только ко- пирование пройденного. Повторять – это, значит, воспроизводить изученное с позиции новой информации, увязывать изученный ма- териал с новыми фактами, с личным опытом, с личными наблюде- ниями. Принцип положительного эмоционально фона обучения. Эмоции играют огромную роль в деятельности человека, в процессе обуче- ния вообще. Поэтому преподавателю необходимо создавать и куль- тивировать положительный эмоциональный фон обучения, убирать 14 негативные моменты, страх, а это в свою очередь зависит от многих моментов – в том числе и от умелого использования ТСО, от куль- туры педагогического общения педагога, от его педагогического мастерства. Принцип воспитывающего обучения означает, что обучение должно давать не только знания, развивать интеллектуально- эмоциональную сферу обучаемого, но и формировать в целом лич- ность: воспитывая, мы, обучаем, а, обучая – воспитываем. Принцип проблемности все чаще начинает появляться в дидак- тических системах. Причина тому – постепенный поворот к реше- нию задачи общего развития человека. Данный принцип означает, что развитие индивидуальности учащегося зависит от характера его деятельности. Проблема является начальным моментом мыслитель- ной деятельности. Мыслить человек начинает тогда, когда у него появляется потребность что-нибудь понять, когда возникает позна- вательное затруднение. Проблемное обучение развивает интеллектуальную и другие сферы не потому, что педагог ставит проблемы, а потому, что уча- щийся сам их решает. Принцип мотивации соответствует законам единства познания и оценочной деятельности (единство знания и отношения), активно- сти субъекта в процессе отражения и изменения им объекта. Эти общие положения необходимо учитывать в педагогическом процес- се: отношение учащихся к знаниям, учению, труду, другим ценно- стям. Цель деятельности педагога, направляемой данным принципом, за- ключается в развитии мотивационной сферы, в формировании у уча- щихся системы фундаментальных потребностей и связанных с ними мотиваций – интеллектуально-эмоциональной потребностью, потреб- ностями в познании, в достижении, в познавательном общении, по- требностями в учении, в труде. ТСО могут выступать в роли мотива, возбуждающего интерес к предстоящему изучению темы, поскольку создают очень важное для всей последующей учебной деятельности эмоциональное состояние. К числу новых принципов обучения, влияющих на все виды профессионального образования, следует отнести принцип компью- теризации обучения. Реализация этого принципа вызвала активное внедрение в учебный процесс средств новых информационных тех- 15 нологий обучения, предусматривает формирование компьютерной грамотности учащихся и использование компьютеров в профессио- нальной деятельности, совершенствование процесса обучения на основе компьютерных технологий для индивидуализации процесса обучения, обеспечения активной самостоятельной учебно- познавательной и учебно-практической деятельности учащихся, интенсификации учебного процесса, повышения его эффективности и качества. 3.6. Виды ТСО, их классификация Технические средства обучения – совокупность технических устройств с дидактическим обеспечением, применяемых в учебно- воспитательном процессе для предъявления и обработки информа- ции с целью его оптимизации. ТСО объединяют два понятия: тех- нические устройства (аппаратура) и дидактические средства обуче- ния (носители информации), которые с помощью этих устройств воспроизводятся. В англоязычных источниках ТСО называют аудиовизуальными средствами, которые делятся на жесткие (hardware) и мягкие (soft- ware). К жестким относятся магнитофоны, проекторы, телевизоры, компьютеры, к мягким – носители информации: грампластинки, магнитная лента, магнитные и оптические диски, слайды, кино- фильмы. Классифицировать технические средства обучения сложно в си- лу разнообразия их устройства, функциональных возможностей, способов предъявления информации. Перечислим их основные классификации по: 1) функциональному назначению (характеру решаемых учеб- но-воспитательных задач); 2) принципу устройства и работы; 3) роду обучения; 4) логике работы; 5) характеру воздействия на органы чувств; 6) характеру предъявления информации. По функциональному назначению ТСО подразделяют на техниче- ские средства передачи учебной информации, контроля знаний, тре- нажерные, обучения и самообучения, вспомогательные. Кроме того, 16 существуют технические средства, совмещающие функции различного назначения – комбинированные. Современные технические средства передачи информации: про- екторы, аудиосистемы, телевизоры, плееры, интерактивные доски, Veb-камеры, ПК и т. п. Отличительной особенностью всех этих технических устройств является преобразование информации, запи- санной на том или ином носителе, в удобную для восприятия фор- му. 3.7. Перспективы развития ТСО Указанные требования реализуются с помощью новых средств обучения и формируют следующие тенденции в развитии образова- тельных систем: 1) от указки до дискеты; 2) от меловой классной доски до электронной; 3) от аналоговой записи информации к цифровой; 4) от дискеты к видеокниге; 5) от магнитной записи информации к оптической (лазерной); 6) от магнитофона к компьютеру; 7) от лингафонного кабинета к компьютерному классу; 8) от книг с печатным текстом к аудиокнигам; 9) от библиотеки к медиатеке; 10) от традиционных совещаний педагогов к телеконференциям; 11) от почтовых услуг к электронной почте (Е-mail); 12) от звукового кинофильма к мультимедиальному экрану; 13) от мультимедиальных средств обучения к гипермедиальным. Данный список можно продолжать, но задача состоит в том, что- бы показать, что осознание указанных тенденций помогает форму- лировать новые предложения и идеи на основе перехода от бумаж- ной технологии передачи информации в системе образования к без- бумажной. 3.8. Роль и место ТСО в организации учебного процесса и внеклассной ра- боты Возможности ТСО в активизации интеллектуально-эмоциональной деятельности учащихся можно свести к следующему: 17 1) современные технические средства обучения повышают нагляд- ность учебно-воспитательного процесса, обеспечивая иллюстрацией объяснение преподавателя. Технические средства применяются тогда, когда другие наглядные средства менее выразительны; 2) с помощью ТСО учащимся сообщаются новые знания, художе- ственно-эстетические впечатления, развивают интеллектуально- эмоциональную сферу личности ребенка. В ряде случаев ТСО дают бо- лее полную и точную информацию об изучаемых устройствах, явлени- ях, произведениях искусства, культуры, чем обычные средства, с помо- щью слова преподавателя; 3) ТСО связывают получаемые учащимися знания, умения, навыки с современной жизнью. ТСО помогают максимально развивать творче- ские способности учащихся, создавая условия для различных видов творчества, давая возможность конструировать, изобретать, изучать на высоком техническом уровне с использованием разнообразных инстру- ментов; 4) ТСО позволяют быстро и точно провести диагностику уровня технических, гуманитарных и других знаний, умений, навыков; 5) ТСО наиболее полно отвечают на возникающие интересы уча- щихся из области техники, искусства, культуры, науки, то есть они удо- влетворяют естественную любознательность учащихся; 6) в целом ТСО повышают эффективность и продуктивность обу- чения, воспитания и развития, поскольку в известных пределах увели- чивают темп и качество перечисленных процессов. Часто ТСО могут послужить мотивом к более глубоким занятиям техникой, искусством, поскольку передаваемая через ТСО информация может быть сообщена в занимательной форме (мультипликация, игра, парадокс, элементы юмора и др.), что резко активизирует познавательный интерес учащих- ся; 7) применение ТСО освобождает преподавателя от большого объе- ма технической работы, позволяя больше времени уделять творческой стороне деятельности. 3.9. Критерии оптимизации комплекса средств обучения В практике учебных заведений еще нередки случаи, когда мери- лом полноценности урока является использование большого коли- 18 чества пособий. Такое мнение обусловлено, с одной стороны, не- правильным пониманием наглядности как важнейшего дидактиче- ского принципа, а с другой стороны, стремлением преподавателя вызвать у присутствующих благоприятное впечатление, одобрение. Вопрос о том, какое оборудование и как использовано на уроке, часто считают второстепенным и причисляют к методическим тон- костям, к «вкусовым» особенностям педагога. При отборе средств обучения на урок преподавателю надо ори- ентироваться не только на систему средств обучения по вопросу программы, но и на конкретную систему отношений «ученик- учитель». Состав первичной системы средств обучения как на уровне проектирования, так и в учебно-воспитательном процессе определяется совокупностью средств обучения, необходимых и до- статочных для овладения учебным материалом, способами деятель- ности в соответствии с логикой учебно-познавательной работы на всех ее уровнях: – ознакомления с новым материалом; – применения нового знания по образцу или по аналогии; – творческого применения нового знания в процессе решения новых учебно-познавательных задач. Между тем отбор средств обучения в комплекс, определение ме- ста каждого пособия на уроке, управление любым этапом учебного процесса с помощью включенных в комплекс средств представля- ется важной и довольно трудоемкой задачей. При этом необходимо подчеркнуть, что комплексы средств обу- чения являются непрерывно развивающимися и изменяющимися компонентами в соответствии с приемами, методами, формами, но- выми пособиями, используемыми в обучении. При изучении одного и того же раздела программы могут воз- никнуть равноценные варианты комплексов, которые обусловлены различными факторами: арсеналом средств обучения, которыми располагает кабинет, уровнем его организации, личностными осо- бенностями учителя и учащихся данного класса (отношением к предмету, состоянием активности их на уроке, общей подготовкой, имеющимся опытом учащихся и т.д.). Подготовка любого комплекса средств обучения к вопросу, теме, разделу программы, отдельному курсу предполагает единый под- ход, однако его использование приобретает специфику в зависимо- 19 сти от того, кто «строит комплекс» – исследователь-методист или учитель и какую цель преследует каждый из них. Доминирующей функцией исследователя-методиста является проектно- конструкторская деятельность, в результате которой нередко со- здаются новые компоненты комплекса и формируется система. Главная функция преподавателя – отбор средств обучения из име- ющейся целостной системы учебного оборудования и построение комплекса средств обучения (для урока, темы, раздела), адекватного целям, задачам, избранным методикам, формам обучения, своим личностным качествам. Эту работу, очевидно, должен и может успешно выполнять пре- подаватель, который планирует урок (или систему уроков), режис- сирует его и соответственно решает, какие из рекомендуемых для данной темы средства обучения и в какой последовательности он будет использовать на конкретном уроке. Разумеется, и методист-исследователь также при формировании комплексов учебного оборудования обращается к уроку – основной форме организации занятий, учитывая при этом все разнообразие возможных его видов и предлагая преподавателям научнообосно- ванную методику комплексного использования. 3.10. Учебно-материальная база обще- образовательного учреждения Современная УМБ должна составить основу для учебного заведения будущего, обладать динамичностью и гибкостью, позволяющей пере- страивать учебный процесс согласно веяниям времени. Существенное влияние на развитие материальной среды обуче- ния в целом и ее отдельных компонентов оказывают реформы обра- зования, которые требует, в частности, переноса акцента с классно- урочной формы занятий на систему индивидуального и группового (в малых группах) обучения. Площадь, зонирование и организация пространства учебных ка- бинетов обусловливаются назначением кабинета, особенностями организационных форм проведения занятий, составом мебели и са- нитарно-гигиеническими нормами. В зависимости от организаци- онных форм и методов обучения, специфики изучаемых предметов, а также применения новых технических средств планировка поме- 20 щений варьируется. Для аудитории-лектория характерна планиров- ка в виде амфитеатра, для лабораторий-практикумов по естествен- нонаучным предметам предпочтительно размещение рабочих мест с центровой единой подводкой коммуникаций, а также с расположе- нием столов – специализированных рабочих мест по зонам или по периметру класса-лаборатории. Для литературной гостиной, напри- мер, удобно размещение рабочих мест в виде «круглого стола», для языковой лаборатории – в виде двух полусфер (одна за другой) и т.д. Важным условием формирования УМБ школы является ком- плектование предметных кабинетов и подразделений учебным обо- рудованием. Приобретая учебное оборудование, нужно руковод- ствоваться «Перечнями», содержащими необходимые рекоменда- ции. Педагогическая целесообразность (обеспечение действующих программ, возможности составления вариативных комплексов, со- здание условий для инновационных процессов и др.) приобретения учебного оборудования определит оправданность экономических затрат на него. В целом можно указать на следующие специфические стороны мо- дернизируемых и вновь создаваемых систем средств обучения: – сокращение номенклатуры пособий (принципы комплектно- сти, необходимости и достаточности); – расширение их функциональных возможностей (принцип полфункциональности); – создание условий для комплектования средств обучения и разработки комплексов учебного оборудования (принцип компли- ментарности и комплектности); – разработка комплектов для самостоятельных занятий учащихся, в том числе исследовательских и практических работ для разных уровней обучения (принцип вариативной дифференциации); – создание модульных (в том числе и компьютерных) комплектов специального назначения для специализированных и интегрированных практикумов, обеспечивающих внедрение новых технологий обучения (принцип модульности и интерактивности). 21 3.11. Перспективы развития технических средств обучения В учебном заведении будущего рабочее место учащегося будет приспособлено для различных форм работы с использованием тра- диционного оборудования и средств новых информационных тех- нологий (НИТ). Достижения в области компьютерных технологий (электронных мультисредств) открывают широкий доступ к различного рода ин- формационным источникам, раздвигая стены учебного заведения. Использование электронных мультисредств (компьютер, видео, те- лекоммуникации) позволяет создавать педагогам среду взаимодей- ствующего обучения. Компьютер, видеомагнитофон, комплект проекционной аппара- туры в будущем станут непременной принадлежностью каждого кабинета. Кроме базового кабинета вычислительной техники планируется лаборатория НИТ для проведения учебных экспериментально- исследовательских работ по углубленным и профилированным про- граммам курса информатики и других общеобразовательных пред- метов. Важным элементом учебного заведения будущего станет учеб- ный информационно-технический центр, включающий библиотеку, медиатеку и технический центр. 3.12. Педагогические технологии Создание и использование средств обучения, равно как и нагляд- ность в обучении, тесно связаны с требованием определения наиболее целесообразных и эффективных способов деятельности учащихся и педагогов, дидактического и технического инструментария для ее реа- лизации, т.е. с технологичностью учебного процесса и формированием педагогических технологий, имеющих свою собственную специфику. Прежде всего, обратимся к эволюции понятия «педагогическая техно- логия», которое в последнее время получило широкое распростране- ние. В практике обучения, кроме названного, имеют хождение следу- ющие термины: «технология обучения», «образовательные техноло- гии», «технологии в обучении», «технологии в образовании». 22 Попытаемся разобраться в основных понятиях технологии и их смысловой нагрузке. Исторически понятие «технология» возникло в связи с техническим прогрессом и, согласно словарным толковани- ям (teche – искусство, ремесло, наука + logos – понятие, ученик), трактуется как совокупность знаний о способах и средствах обра- ботки материалов. Однако технологический процесс предусматри- вает определенную последовательность операций с использованием необходимых средств (материалов, инструментов). Технология в целом представлена как совокупность операций, осуществляемых определенным способом в определенной последовательности, из которых складывается процесс обработки материала. Таким образом, технология в процессуальном смысле отвечает на вопросы, как сделать и какими средствами. Однако этим вопро- сам предшествует четкое определение цели, указывающей, что надо получить и что для этого необходимо сделать. С развитием науки и техники значительно расширились техноло- гические возможности человека, появились новые технологии (например, промышленные, электронные, информационные) с ко- лоссальными обучающими ресурсами, которые неизбежно влияют на педагогику, организацию учебного процесса. Качественные из- менения, возникающие при этом, обнаруживают, что привычные процессы научения уже не укладываются в прокрустово ложе тра- диционных методик и средств обучения. Появляются новые технические, информационные, полиграфиче- ские, аудиовизуальные средства, а с ними новые методики и техноло- гии, которые становятся неотъемлемым компонентом образовательно- го процесса, внося в него определенную специфику, и которые позво- ляют говорить в совокупности о своеобразной педагогической техно- логии. Именно в этом смысле термин «технология» стал использовать- ся в педагогической литературе и получил множество (более трехсот) формулировок в зависимости оттого, что авторы включали в состав (структуру) данного понятия. Следует признать, что до настоящего времени однозначного толко- вания понятия «педагогическая технология» не существует. Однако в последнее время в связи с технологизацией общества происходит количественное накопление и усвоение технологического опыта других отраслей как одного из условий повышения эффективности традиционного процесса обучения. 23 Ассимиляция новых технологий в образовательную сферу особенно хорошо прослеживается по внедрению в обучение новых информа- ционных технологий. Однако компьютеризация обучения – лишь одна из граней технологизации учебного процесса. Педагогическая технология как новая отрасль еще не сформировалась, естественно, что нет и полного единства в терминологии, хотя близость многих авторских позиций налицо. Средства и условия обучения как материально-техническая ком- понента должны проектироваться и внедряться в образовательный процесс во взаимосвязи со всеми другими структурными техноло- гическими составляющими, со знанием закономерностей их функ- ционирования. Это обусловливает способ системной организации деятельности и составляет сущностный, содержательной аспект технологий. Технологизация деятельности образования и воспитания не мо- жет ограничиваться в содержательном плане лишь только обучени- ем и подготовкой кадров, а предполагает более широкий и разнооб- разный спектр образовательных услуг. Эти услуги связаны с ис- пользованием средств новых информационных, промышленных и других технологий, требующих перестройки стереотипов традици- онного обучения, формирования нового мышления, способности овладевать «ноу-хау», изменения менталитета современного педа- гога и обучаемых. Таким образом, технология по своей сути есть способ системной организации деятельности в различных областях знания, культуры, окружающего мира, мышления, основанный на рефлексии, стандар- тизации и использовании специализированного материально- технического инструментария. Согласно принятому толкованию «рефлексия – форма теоретической деятельности общественно- развитого человека, направленная на осмысление своих собствен- ных действий и их законов, деятельность самопознания, раскрыва- ющая специфику духовного мира человека». Рефлексия, в конечном счете, есть осознание практики, предметного мира, культуры. 24 3.13. Структура методов интерактивного обучения Методы обучения – это совокупность приемов и подходов, от- ражающих форму взаимодействия учащихся и учителя в процессе обучения. В современном понимании обучения процесс обучения рассмат- ривается как процесс взаимодействия между учителем и учениками (урок) с целью приобщения учащихся к определенным знаниям, навыкам, умениям и ценностям. С первых дней существования обу- чения и до сегодняшнего дня сложились, утвердились и получили широкое распространение в общем три формы взаимодействия учи- телей и учащихся: пассивная; активная; интерактивная. Интерактивный («Intеr» – это взаимный, «act» – действовать) означает взаимодействовать или находится в режиме беседы, диа- лога с кем-либо. Другими словами, интерактивные методики обуче- ния – это специальная форма организации познавательной и комму- никативной деятельности, в которой обучающиеся оказываются во- влеченными в процесс познания, имеют возможность нанимать и рефлектировать по поводу того, что они знают и думают. Местo учителя в интерактивных уроках зачастую сводится к направлению деятельности учащихся на достижение целей урока. Он же разраба- тывает план урока (как правило, это совокупность интерактивных упражнений и заданий, в ходе работы над которыми ученик изучает материал). Интерактивное обучение, по мнению ведущих ученых, рассмат- ривается как способ познания, осуществляемый в формах совмест- ной деятельности обучающихся: все участники образовательного процесса взаимодействуют друг с другом, обмениваются информа- цией, совместно решают проблемы, моделируют ситуации, оцени- вают действие коллег и свое собственное поведение, погружаются в реальную атмосферу делового сотрудничества по разрешению про- блем. Интерактивное обучение предполагает отличную от привычной логику образовательного процесса: не от теории к практике, а от формирования нового опыта к его теоретическому осмыслению че- рез применение. 25 Отметим, что при интерактивном обучении преподаватель вы- полняет функцию консультанта в работе, одного из источников ин- формации. Центральное место в его деятельности занимает не толь- ко отдельный студент, а группа взаимодействующих студентов, ко- торые стимулируют и активизируют друг друга. При применении интерактивных методов сильнее всего действует на интеллектуаль- ную активность дух соревновательности, который проявляется, ко- гда люди коллективно ищут истину. Кроме того, действует такой психологический феномен как заражение, и любая высказанная со- седом мысль способна непроизвольно вызвать собственную, анало- гичную или близкую к высказанной или, наоборот, вовсе противо- положную. 2. НАГЛЯДНОСТЬ В ОБУЧЕНИИ. МЕТОДИКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СРЕДСТВ НАГЛЯДНОСТИ Теоретическое обоснование принципу наглядности впервые бы- ло дано чешским педагогом Я.А. Коменским, который выдвинул требование учить людей познавать сами вещи, а не только чужие свидетельства о них [3]. Русский педагог К.Д. Ушинский указывал, что наглядность отве- чает психологическим особенностям детей, мыслящих "формами, звуками, красками, ощущениями". Наглядное обучение, по словам К.Д. Ушинского, "строится не на отвлеченных представлениях и сло- вах, а на конкретных образах, непосредственно воспринятых ребен- ком". Наглядность обогащает круг представлений ребенка, делает обучение более доступным, конкретным и интересным, развивает наблюдательность и мышление [7]. Принцип наглядности вытекает из сущности процесса восприя- тия, осмысления и обобщения учащимися изучаемого материала. Он означает, что в обучении необходимо, следуя логике процесса усвоения знаний, на каждом этапе обучения найти его исходное начало в фактах и наблюдениях единичного или в аксиомах, науч- ных понятиях и теориях, после чего определить закономерный пе- реход от восприятия единичного, конкретного предмета к общему, абстрактному или, наоборот, от общего, абстрактного к единично- 26 му, конкретному. Таким образом, дидактика исходит из единства чувственного и логического, считает, что наглядность обеспечивает связь между конкретным и абстрактным, содействует развитию аб- страктного мышления, во многих случаях служит его опорой. Од- нако характер и степень использования наглядности различны на разных этапах обучения. Излишнее увлечение наглядностью в обу- чении может привести к нежелательным результатам. Конкретная наглядность (например, рассмотрение моделей геометрических тел) должна постепенно уступать место абстрактной наглядности (рас- смотрению плоских чертежей). 3.14. Основные формы наглядности По характеру отражения окружающей действительности разли- чают следующие виды наглядности: – натуральная (естественная) наглядность, представляющая со- бой реальные предметы или процессы (объекты и явления, разда- точный материал и др.); – изобразительная наглядность (фотографии, художественные картины, рисунки, учебные картины и др.) применяется, когда показ натурального предмета затруднен, а созерцание конкретного образа необходимо; – символическая наглядность (чертежи, графики, схемы, табли- цы, диаграммы) по существу является своеобразным языком, а по- тому должна специально изучаться, чтобы стать понятной. Напри- мер, при изучении свойств функций (возрастание, убывание, мак- симум, минимум и др.) целесообразно их аналитическую запись переводить на язык графиков и на этой основе тренировать учащих- ся "читать" графики функций. Различные виды наглядности выполняют различные функции. Од- ни содействуют оживлению представлений (картины, предметы жиз- ни), другие являются опорой для отвлеченного мышления. 3.15. Особенности применения средств наглядности преподавателем Наглядность применяется и как средство познания нового, и для иллюстрации мысли, и для развития наблюдательности, и для луч- шего запоминания материала. Средства наглядности используются 27 на всех этапах процесса обучения: при объяснении нового материа- ла учителем, при закреплении знаний, формировании умений и навыков, при выполнении домашних заданий, при контроле усвое- ния учебного материала. Применение наглядных пособий в обучении подчинено ряду правил: – ориентировать учащихся на всестороннее восприятие пред- мета с помощью разных органов чувств; – обращать внимание учащихся на самые важные, существен- ные признаки предмета; – показать предмет (по возможности) в его развитии; предоста- вить учащимся возможность проявлять максимум активности и са- мостоятельности при рассмотрении наглядных пособий; – использовать средств наглядности ровно столько, сколько это нужно, не допускать перегрузки обучения наглядными пособиями, не превращать наглядность в самоцель. Следовательно, умелое применение средств наглядности в обу- чении всецело находится в руках преподавателя. Он в каждом от- дельном случае должен решать, когда и в какой мере надо приме- нять наглядность в процессе обучения, ибо от этого в определенной степени зависит качество знаний учащихся. 3.16. Дидактические требования к средствам наглядности При реализации принципа наглядности обучения нужно исходить из положения о том, что сознательное овладение знаниями, умения- ми и навыками, формирование научных представлений и понятий возможно лишь в том случае, если у учащихся имеется определен- ный практический опыт, связанный с непосредственным восприяти- ем изучаемых предметов и явлений. Наглядность обеспечивает связь между словом и изображением, конкретным и абстрактным, содействует, таким образом, логиче- скому мышлению. Слово, не подкрепленное наблюдением, зритель- ным восприятием или соответствующей практической деятельно- стью, перестает быть средством мышления. Наглядность в обучении с использованием дидактических средств cnoсобствует формированию образных представлений об изучаемых 28 объектах и процессах, позволяет развивать мышление, согласно логике познания, от явления – к сущности, от сущности менее высокого по- рядка – к сущности более высокого порядка. При этом форма выражения наглядности при переходе от одного средства обучения к другому должна осуществляться с последую- щим постепенным уменьшением подсказки средствами наглядно- сти. Дидактический принцип доступности требует, чтобы видовой характер содержания обучения и построение носителя учебной ин- формации в средстве обучения соответствовали возрастным осо- бенностям, познавательным способностям, уровню развития и сте- пени подготовленности учащихся. Понимание принципа наглядности «через материальные сред- ства» обучения (т.е. через конкретные способы реализации этого принципа) ознаменовало новый подход в проектировании различ- ных средств обучения и потребовало исследования их дидактиче- ских функций, их эффективности в процессе приобретения знаний, умений, навыков, формирования научного мировоззрения учащих- ся. 3.17. Методика конструирования и из- готовления средств наглядности с помощью персонального компьютера Особое место в системе технических средств занимают компью- теры, которые позволяют создавать средства обучения (СО) нового поколения на базе доступа к огромным и многообразным информа- ционным массивам вычислительной техники, – расширение объе- мов доступной учащемуся информации (конечно, объем ограничен его собственными способностями, но получать ее он может не только из учебника, школьной и домашней библиотеки, но и из громадных массивов информации со всего мира). Ее качественное разнообразие (звук, статичные и динамичные образы), интеграция свойств различных СО в одном устройстве (диа-, кино-, видеопро- екция, аудиовоспроизведение, интеллектуальные контрольно- измерительные приборы, математическое и наглядно-визуальное моделирование), возможность удаленного доступа к различным СО (как в пределах классной комнаты при демонстрации на большой 29 экран того, что происходит на экране ЭВМ учителя, так и за преде- лами не только ее, но и, возможно, города, страны, континента), расширение дидактических возможностей СО (гипертекст, средства мультимедиа, подробнее о них – ниже), придание старым СО новых свойств (например, соединение передачи видеоизображения с жи- вым диалогом удаленных друг от друга участников процесса обуче- ния), возможность моделирования на одном устройстве разнород- ных процессов из разных областей знания, беспредельное расшире- ние аудитории и, наконец, экономическая эффективность таких ме- тодов обучения, связанная со снижением накладных расходов на тиражирование учебной информации, заменой дорогих технических устройств компьютерными программами и расширением аудитории электронных СО, а также их использование в круглосуточном ре- жиме при дистанционном обучении. 3. СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА, ЗАПИСИ, ХРАНЕНИЯ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ 3.1. Цифровое и аналоговое пред- ставление звуковых сигналов Звук представляется в звуковой аппаратуре либо непрерывным электрическим сигналом, либо набором цифр (нулей и единиц). Ап- паратура, в которой рабочий сигнал является непрерывным электри- ческим сигналом, называется аналоговой аппаратурой (например, радиоприемник, осциллограф и т.д.), а сигнал, передающийся через такую аппаратуру, – аналоговым сигналом. Звуковой сигнал, как известно из физики, можно представить в ви- де спектра входящих в него частот (частотный спектр). Частотные составляющие спектра – это синусоидальные колебания, каждое из которых имеет свою собственную амплитуду и частоту. Вообще, лю- бое, даже самое сложное по форме колебание (например, человеческий голос), можно представить суммой простейших синусоидальных коле- баний определенных частот и амплитуд. Как известно, компьютер оперирует данными в цифровом виде. Поэтому, необходимо представить звуковой сигнал в цифровом ви- 30 де. Технология преобразования аналогового звукового сигнала в цифровой вид (оцифровка) заключается в осуществлении замеров амплитуды сигнала с определенным временным шагом и последу- ющей записи полученных значений в численном виде. При этом оцифровка сигнала включает в себя два процесса – процесс дискре- тизации (осуществление выборки) сигнала по времени и процесс квантования по амплитуде. Процесс дискретизации по времени – это процесс получения значений преобразуемого сигнала с опреде- ленным временным шагом – шагом дискретизации (рис. 3.1). Чем меньше шаг дискретизации, тем чаще берутся значения амплитуды. Количество осуществляемых замеров амплитуды в одну секунду называют частотой дискретизации. Квантование по амплитуде – это процесс замены реальных зна- чений сигнала приближенными с определенной точностью (рис. 3.1). Рис. 3.1. Процесс оцифровки аналогового сигнала Точность округления зависит от выбранного количества и рас- положения уровней квантования: чем больше уровней квантования и чем ближе они друг к другу, тем на меньшую величину приходит- ся округлять измеренные значения амплитуды, и, таким образом, тем меньше получаемая погрешность. Итак, оцифровка сигнала – это регистрация амплитуды сигнала через определенные промежут- ки времени и запись полученных значений амплитуды в виде округленных цифровых значений. Записанные численные значения амплитуды сигнала называются отсчетами. Очевидно, что чем ча- 31 ще делаются замеры амплитуды (чем выше частота дискретизации) и чем меньше будут округляться полученные значения (чем выше разрядность квантования), тем более точное представление ориги- нального сигнала в цифровом виде получим. Оцифрованный сигнал в виде набора последовательных значе- ний амплитуды можно сохранить в памяти компьютера. В случае, когда записываются абсолютные значения амплитуды, такой фор- мат записи называется PCM ( Pulse Code Modulation). Чтобы иметь возможность хранить относительно большие объемы аудио данных в хорошем качестве приходится прибегать к «ухищре- ниям», которые помогают записать аудио данные с использованием ощутимо меньшего объема памяти (то есть, уплотнить, сжать, зако- дировать данные) и не слишком сильно ухудшая (или даже совсем не ухудшая) при этом качество звучания. Существует два распространенных способа кодирования1 аудио информации: 1) сжатие данных без потерь (lossless coding) – это способ ко- дирования аудио информации, который позволяет осуществлять стопроцентное восстановление данных из сжатого потока. Суще- ствующие сегодня алгоритмы сжатия без потерь (например, алго- ритм, реализованный в кодеке Monkeys Audio , а также кодеках Flac, WavPack, TTA, OptimFrog и других) позволяют сократить за- нимаемый данными объем на 20–50%. Подобные кодеры – это свое- го рода архиваторы данных (как, например, ZIP, RAR и другие), только предназначенные специально для сжатия аудио информа- ции; 2) сжатие данных с потерями (lossy coding). Цель такого коди- рования – любыми способами добиться схожести звучания декоди- рованного аудио сигнала с оригиналом при как можно меньшем объеме упакованных данных. Сегодня эта цель достигается за счет использования различных алгоритмов «упрощающих» оригиналь- ный сигнал, выкидывая из него «ненужные» слабослышимые (или вообще неразличимые человеческим ухом) детали. После такого кодирования, декодированный сигнал при воспроизведении звучит 1 Кодирование информации – представление информации в определенной системе кодовых символов и их структур. Шифрование, а также уплотнение (сжа- тие) информации являются частными случаями кодирования. 32 похоже на оригинал, но фактически перестает быть ему идентич- ным. Методов сжатия, а также программ, реализующих эти методы, существует много. Наиболее известными являются MPEG-1 Layer 3 (это и есть официальное название всем известного « MP3»), MPEG- 2/4 AAC (MPEG-2 и MPEG-4 Advanced Audio Coding). Выигрыш от исполь- зования таких алгоритмов сжатия вполне очевиден: коэффициент сжатия, обеспечиваемый такими кодерами, находится, усреднено, в пределах 7-14 (раз) и это при малозаметных потерях качества ори- гинального звучания. 3.2. История цифрового телевидения История возникновения и развития цифрового телевидения со- держит несколько этапов. На каждом этапе сначала выполнялись научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, со- здавались экспериментальные устройства и системы, а затем при- нимались международные стандарты, которые должны поддержи- ваться всеми организациями, ведущими телевизионное вещание и выпускающими видеопрограммы, и всеми фирмами – производите- лями аппаратуры. Первый этап истории цифрового телевидения характеризовался ис- пользованием цифровой техники в отдельных частях телевизионных систем при сохранении обычного стандарта разложения и аналоговых каналов связи. Наиболее важным достижением данного этапа было создание цифрового студийного оборудования. Второй этап развития цифрового телевидения – создание гибрид- ных аналого-цифровых телевизионных систем с параметрами, отли- чающимися от принятых в обычных стандартах телевидения. Третьим этапом развития цифрового телевидения можно считать создание полностью цифровых телевизионных систем. Задача сжатия изображений для хранения и передачи была настолько актуальной, что Международная организация стандарти- зации ISO взяла на себя функции координации усилий по ее реше- нию. В ISO была создана рабочая группа JPEG (Joint Picture Expert Group – объединенная группа экспертов по изображениям), которая занимается разработкой методов сжатия неподвижных изображе- ний, а затем – рабочая группа MPEG (Motion Picture Expert Group – 33 группа экспертов по движущимся изображениям), занимающаяся методами сжатия движущихся изображений и звукового сопровож- дения. Именно разработки группы MPEG стали основой создания со- временных систем цифрового телевидения. Методы сжатия движу- щихся изображений и сигналов звукового сопровождения описаны в стандартах MPEG-1 и MPEG-2. Стандарт MPEG-1, ориентирован- ный в основном на запись кинофильмов и видеопрограмм на ком- пьютерные лазерные диски с возможностью воспроизведения изоб- ражения и звука с помощью обычного персонального компьютера (ПК), был окончательно утвержден в декабре 1993 года. Стандарт MPEG-2, предназначенный для систем телевизионного вещания как с обычным стандартом разложения, так и с увеличенным числом строк (ТВЧ), был утвержден в ноябре 1994 года. 3.3. Устройство для записи и чтения цифровой информации Диски формата CD-ROM. Аббревиатура «CD-ROM» означает «Compact Disk Read Only Memory» и обозначает компакт-диск как носитель информации широкого применения. Компакт-диск CD-R – оптический носитель информации в виде диска с отверстием в цен- тре, информация с которого считывается с помощью лазера (рис. 3.2). Изначально компакт-диск был создан для цифрового хранения аудио, однако в настоящее время широко ис- пользуется как устройство хранения данных широкого назначения. CD-R представляет собой тонкий диск из прозрачного пластика – поликарбоната – толщиной 1,2 мм, диаметром 120 мм (стандартный) или 80 мм (мини). Ёмкость стандартного CD-R со- ставляет 74 минуты аудио или 650МБ данных. Рис. 3.2. Устройство компакт-диска 34 Поликарбонатный диск имеет спиральную дорожку для направ- ления луча лазера при записи и считывании информации. С той стороны, где находится эта спиральная дорожка, диск покрыт запи- сывающим слоем, который состоит из очень тонкого слоя органиче- ского красителя и затем отражающим слоем из серебра, его сплава или золота. Этот отражающий слой покрывается защитным фото- полимеризуемым лаком и отверждается ультрафиолетовым излуче- нием. И уже на этот защитный слой наносятся различные надписи краской. Чистый CD-R не является полностью пустым, на нём имеется служебная дорожка с сервометками, которая необходима для си- стемы слежения. С помощью нее удерживает луч лазера при записи на дорожке и происходит слежение за скоростью записи. Помимо функций синхронизации, служебная дорожка также содержит ин- формацию об изготовителе этого диска, сведения о материале запи- сывающего слоя, длине дорожки для записи и т. п. Служебная до- рожка не разрушается при записи данных на диск и многие системы защиты от копирования используют её для того, чтобы отличить оригинал от копии. CD-RW (Compact Disc-ReWritable, Перезаписываемый компакт- диск) – разновидность компакт-диска, разработанный в 1997 году для многократной записи информации. CD-RW является дальнейшим развитием записываемого лазер- ного компакт-диска CD-R, однако, в отличие от него, позволяет не только записывать информацию, но и многократно стирать уже за- писанные данные. Его записывающий слой изготавливается из спе- циального сплава, который можно нагреванием приводить в два различных устойчивых агрегатных состояния = аморфное и кри- сталлическое. Этот сплав обычно изготавливается из серебра (Ag), индия (In), сурьмы (Sb) и теллура (Te). При записи (или стирании) луч лазера нагревает участок дорожки и переводит его в одно из устойчивых агрегатных состояний, которые характеризуются раз- личной степенью прозрачности. Читающий луч лазера имеет мень- шую мощность и не изменяет состояние записывающего слоя, а че- редующиеся участки с различной прозрачностью формируют кар- тину аналогичную питам и площадкам обычных штампованных CD. 35 Оптическая запись вы- полняется с помощью им- пульсов лазера, который вы- жигает в рабочем слое диска углубления, или питы, глуби- ной около 0,1 мкм (от английского pit – канава, углубление) (рис. 3.3). Чистые матрицы CD-R имеют служебную дорожку с записанными данными. Эта дорожка содержит временные метки и используется при записи, чтобы луч лазера записывал по спиральной дорожке как и на обычных компакт дисках. Вместо печа- ти питов как физических углублений в материале матрицы как в слу- чае CD, при записи CD-R данные записываются на диск лучом лазера повышенной мощности, чтобы физически «прожечь» органический краситель записывающего слоя. Когда краситель нагревается выше определённой температуры, он разрушается и темнеет, изменяя от- ражательную способность «прожжённой» зоны. Таким образом, при записи, управляя мощностью лазера, на записывающем слое получа- ют чередование тёмных и светлых пятен, которые при чтении интер- претируются как питы. При чтении лазер имеет значительно меньшую мощность, чем при записи, и не разрушает краситель записывающего слоя. Отра- жённый от отражающего слоя луч попадает на фотодиод, а если луч попадает на тёмный – «прожжённый» – участок, то луч почти не проходит через него до отражающего слоя и фотодиод регистрирует ослабление светового потока. Во время чтения матрица в приводе крутится на шпинделе, а читающий луч остаётся неподвижным и направляется следящей системой на дорожку с данными. Чередую- щиеся светлые и тёмные участки дорожки порождают изменение светового потока отражённого луча и переводятся в изменение электрического сигнала, который далее и преобразуется в биты ин- формации электрической системой привода – «декодируется». Прожигание записывающего слоя является необратимым химиче- ским процессом, т. е. однократным. Поэтому записанную на CD-R ин- Рис. 3.3 Схема записи на CD диске 36 формацию нельзя стереть, в отличие от CD-RW. CD-R, однако, можно записывать по частям, которые называют сессиями. DVD (digital versatile disc) – универсаль- ный цифровой диск. Самые простые DVD- диски (однослойные и односторонние) имеют емкость 4,7 Гб (рис. 3.4). Внешне диски DVD практически не- возможно отличить от обычных CD. Они имеют одинаковые размеры и внешне очень похожи друг на друга. Однако про- честь диск DVD на обычном CD-приводе уже не удастся. Для этого понадобится привод с поддержкой DVD-формата, ко- торый, кстати, без проблем читает обыч- ные компакт-диски. Существенным отличием DVD от CD является возможность двухслойной записи дисков. На одном одно- стороннем диске (бывают и двухсторонние, с информационной по- верхностью на каждой стороне) можно хранить в два раза больше информации. Оба слоя имеют отражающую поверхность, только один из них обладает высокой прозрачностью (до 40%). При запи- си/чтении луч просто меняет фокусировку, что позволяет не попа- дать на оба слоя одновременно. Более высокой емкости DVD-диски обязаны не только возможно- стью двухслойной записи дисков, но и большей плотностью записи информации. Более высокая плотность записи была достигнута за счет уменьшения расстояния между информационными дорожками на спи- рали. Это расстояние у CD-дисков составляет 1,6 мкм. У дисков DVD – 0,74 мкм. Объем DVD-дисков, в зависимости от их конкретного типа, может быть от 4,7 до 17 Гб. Физически в записи на DVD-R используется такой же метод, как и для CD-R. Лазерный луч фокусируется на поверхности диска и нагревает органический краситель, образующий слой записи. Это изменяет коэффициент оптического отражения органического краси- теля, делая «видимым» записанный сигнал, который формируется в слое записи в виде последовательности меток. С другой стороны, при записи на DVD-RW и DVD+RW исполь- зуется метод изменения фазового состояния вещества, образующего Рис. 3.4. DVD-диск 37 слой записи. При этом методе запись происходит, когда луч лазера выжигает метки на фоточувствительном материале слоя записи. Это также изменяет коэффициент отражения. Считывающая головка обнаруживает разницу в отражении, воспринимает его как поток данных и затем воспроизводит сигнал, основанный на этих данных. Хотя существующие записываемые диски имеют разную физи- ческую структуру, но во всех используется один и тот же базовый принцип записи и воспроизведения – все они оптические носители. Это теоретически дает возможность достичь совместимости всех форматов записываемых DVD-дисков. Технологии, Blu-Ray и HD-DVD, являются новым шагом в раз- витии технологии оптической памяти и, безусловно, востребованы временем. Диски Blue-Ray имеют меньшее расстояние между соседними дорожками – 0,32 микрон. Это позволило увеличить объем одно- стороннего диска до 30 Гб. Для записи таких дисков используется привод с лазером более коротковолнового – «синего» диапазона (405 нм. DVD-приводы имеют «красный» лазер с длиной волны 650 нм). HD DVD. Альтернатива Blu-Ray, разработанная компаниями Toshi- ba и NEC. Оригинальное название – AOD (Advanced Optical Disk). Для записи используется «синий лазер», как и в Blu-Ray. В настоящее время в разработке находятся три формата HD DVD: HD DVD-ROM – накопители производятся в заводских условиях, имеют емкость 15 Гб и предназначены для записи HDTV видео; HD DVD-RW – перезаписываемые диски для хранения компьютерных данных емкостью 20 Гб на слой; HD DVD-R – носители однократной записи емкостью 15 Гб на каждый слой. Обе технологии, Blu-Ray и HD-DVD, являются новым шагом в развитии технологии оптической памяти и, безусловно, востребова- ны временем. 3.4. Документ-камеры Документ-камеры позволяют работать практически с любыми объектами – вводить их изображение в компьютер или проециро- вать на экран через мультимедиа-проектор (рис. 3.5). 38 Различают два основных типа доку- мент-камер: портативные – в качестве не- дорогого решения для отображения не- прозрачных материалов и трехмерных объектов и высококачественные профес- сиональные документ-камеры, применяе- мые там, где требуется демонстрация изображения с высокой степенью детали- зации. Документ-камеры – это сочетание про- фессиональной цифровой видеокамеры и сложной световой системы, позволяющее получить и транслировать в режиме реаль- ного времени четкое изображение практи- чески любых объектов, в том числе и трех- мерных. Это могут быть учебные материа- лы, документы, слайды, рентгеновские снимки, просто образцы про- дукции или какие-либо предметы. Изображение, полученное с по- мощью документ-камеры, может быть введено в компьютер, показа- но на экране телевизора, передано через интернет, спроецировано на экран посредством мультимедиа-проектора. Благодаря фирменной конструкции, высококачественной оптике и современным схемам электронной обработки профессиональные документ-камеры обладают уникальными возможностями. Техно- логия прогрессивного сканирования дает гладкое изображение, а использование матриц высокого разрешения обеспечивает точное воспроизведение цветовой палитры. Выходной сигнал можно запи- сать в компьютерном формате. Специальное белое кристаллическое покрытие рабочей поверх- ности и синхронизированная система верхней подсветки дают каче- ственное изображение с прозрачных пленок. Для слайдов, рентге- новских снимков и темных пленок используется нижняя подсветка. Для позиционирования материала в этом случае используется неви- димый зрителям лазерный маркер, отмечающий центр рабочего стола. Стойка-штатив и верхнее зеркало документ-камер управляются автоматически. Это позволяет демонстрировать тексты в режиме скроллинга или показывать фрагменты объектов, а также любые Рис. 3.5. Документ-камера 39 объекты вне рабочего стола без ограничения дальности. Сильное оптическое увеличение и большая глубина резкости в сочетании с бестеневой подсветкой обеспечивают возможность демонстриро- вать объекты размером с монету во весь экран, рассматривать со- держимое непрозрачных сосудов и любые другие сложные трех- мерные объекты. Если камера работает как трехмерный сканер, ни- какого дополнительного оборудования не требуется, а передача изображения в компьютер через USB порт занимает лишь несколь- ко минут. Профессиональную работу с камерой облегчает большой набор функциональных возможностей. С инфракрасного пульта можно выполнить необходимые настройки, воспользоваться различными режимами улучшения читаемости текста, сохранить несколько раз- личных изображений в памяти камеры для повторного воспроизве- дения. Основная идея профессио- нальных потолочных документ- камер – сохранить свободную поверхность стола, чтобы между выступающим и аудиторией не было никаких посторонних предметов (рис. 3.6). С потолоч- ной документ-камерой имеется возможность не только демон- стрировать любые материалы с безупречным качеством изоб- ражения, но и создать особый стиль и комфорт при проведении по- казов. 3.5. Видеопроекторы Видеопроектор – традиционное название проектора для демон- страции видеосигнала. После того, как практически все модели про- екторов стали оснащаться набором входов не только для видеомаг- нитофона или DVD-проигрывателя, но и компьютера, более распро- страненным стало название «мультимедиа проектор» (рис. 3.7). Рис. 3.6. Потолочная документ-камера 40 В современных мультиме- диа-проекторах используются несколько технологий форми- рования изображения. Общий принцип устройства LCD-проекторов в чем-то напоминает кино- или слайд- проектор, только вместо плен- ки применяется прозрачная жидкокристаллическая панель, на которой с помощью цифро- вой электронной схемы созда- ется картинка. Свет от лампы проходит через панель и объек- тив, и на экране воспроизво- дится изображение, увеличенное во много раз (рис. 3.8). Рис. 3.8. Схема устройства проектора: лампа – источник светового потока; оптическая система – формирует световые потоки внутри проектора, разделяет их на три основных цвета; модулятор (матрица из жидкокристаллических или микрозеркальных ячеек) формирует пиксельную структуру и управляет потоком света через каждый пиксель; объектив – собирает световые потоки разных цветов и направляет их на экран; блок управления – получает сигнал от источника изображения, преобразует в импульсы управления ячейками модулирующей матрицы В DLP-проекторах свет отражается от поверхности специального чипа (микросхемы) размером примерно 15 х 11 мм, на которой находится около 800000 микрозеркал, формирующих изображение и также через объектив попадает на экран. Для получения цветного изображения в LCD-проекторах использу- ются три панели – для красного, зеленого и синего цветов раздель- Рис. 3.7. Внешний вид видеопроектора 41 но. В DLP-проекторах составляющие цвета один за другим проеци- руются на экран с большой частотой (одночиповая схема). Три микрозеркальных чипа для составляющих цветов применяются в высококачественных, профессиональных мультимедиа-проекторах. В зависимости от конструкции, качества LCD-панелей, мощности и типа лампы мультимедиа-проекторы могут создавать различный световой поток и, соответственно, получать различную яркость изображения на экране. Световой поток – одна из главных характеристик мультимедиа- проектора, чем он выше, тем больший размер изображения можно полу- чить при данном качестве экрана и освещенности в помещении. Контрастность – характеристика мультимедиа-проектора, ха- рактеризующая уровень контрастности. Разрешение – количество элементов изображения по горизонта- ли и вертикали. Все современные мультимедиа-проекторы могут работать с сигналами различных разрешений, но лучше всего, если разрешение проектора будет в точности соответствовать разреше- нию компьютера. 3.6. Оптимальное размещение проектора и экрана Оптимизация расположения положения проектора и экрана не менее важна, чем правильный выбор проектора. Данную задачу можно разбить на три этапа. Определение размера экрана. Размер экрана можно определить из двух простых правил: – расстояние от экрана до самого дальнего зрителя не должно быть больше 6 ширин экрана; – расстояние от экрана до самого ближнего зрителя не должно быть меньше удвоенной высоты экрана. Экран должен располагаться так, чтобы был виден всем зрите- лям. Чаще всего для этого нижний край экрана должен располагать- ся на высоте 1–1,5 метра от пола. Поднимать экран выше также не- желательно, так как в этом случае просмотр для зрителей будет утомительным. При стационарном расположении проектора, а также на лекциях, чаще всего удобнее располагать проектор вверх ножками на уровне 42 примерно верхнего края экрана. Лучше всего, если зона максималь- ной яркости, которая определяется из принципа «угол падения ра- вен углу отражения», находится в зоне зрителей. Особенно это важ- но при использовании так называемых экранов с усилением, кото- рые концентрируют излучение как раз в зоне максимальной ярко- сти. Если же зона максимальной яркости окажется выше или ниже зоны расположения зрителей, то визуальная яркость изображения может упасть в несколько раз. Иногда ситуацию можно улучшить, если наклонить экран и опу- стить проектор. Однако если используется обычный диффузный экран без усиления, который рассеивает излучение равномерно во все сторо- ны, то данная оптимизация теряет особый смысл и положение проек- тора не критично. Также всегда следует стремиться к тому, чтобы изображение на экране было прямоугольным, так как в противном случае зрители будут ощущать дискомфорт от искаженного изображе- ния. Повышает контрастность и снижает требования к настройке чер- ная рамка вокруг экрана. 3.7. Электронные интерактивные доски Важнейшим компонентом современных информационных тех- нологий, используемых в образовании, стали электронные интерак- тивные доски. Такие доски выглядят как обычные маркерные доски, но все, что пишется на электронной интерактивной доске, мгновен- но появляется на персональном компьютера. Написанная информация хранится в файловом виде и может быть распечатана на обычном принтере. Надписи и рисунки на электронной интерактивной доске могут оформляться цветными маркерами, и при наличии цветного принтера, копии тоже будут цветными. Использование цвета позволяет выделить информацию и значительно увеличить эффективность ее восприятия. Основное достоинство электронных интерактивных досок – воз- можность анимации: просмотра сделанных рисунков, записи лекции в реальном времени. Электронные интерактивные доски – универ- сальное средство для обеспечения учебного процесса. Все записан- ные на интерактивной электронной доске в ходе обсуждения идеи 43 надежно хранятся в компьютере и могут быть последовательно вос- становлены. Программное обеспечение, поставляемое вместе с электронными интерактивными досками, позволяет значительно расширить гео- графию аудитории, проводя семинары одновременно в нескольких городах страны. Слушатели таких семинаров читать информацию со своих мониторов или проецировать на большой экран для кол- лективного обсуждения (рис. 3.9). Рис. 3.9. Современная электронная доска прямой проекции Электронная интерактивная доска – огромный сенсорный экран, на котором с помощью маркера можно вызывать различные функ- ции пользовательского интерфейса. Электронные интерактивные доски позволяют сочетать все преимущества классической презен- тации с возможностями высоких технологий. Мультимедиа- проектор, подключенный к электронной интерактивной доске, поз- воляет работать в мультимедийной среде, сочетая классический тип презентации с демонстрацией информации из Интернета, с видео- магнитофона, с компьютера, DVD-дисков, флэш-памяти или с ви- деокамеры. Рассмотрим технологии, которые используются в электронных интерактивных досках. Сенсорная резистивная электронная интерактивная доска состоит из двух слоев тончайших проводников, которые реагируют на прикос- новение к поверхности экрана. Такие доски очень подходят для учеб- ных заведений: они надежны и не требуют каких-либо специальных приспособлений, которые могут потеряться или сломаться. На них можно писать не только маркером, но и просто пальцем. Это дает су- щественное преимущество при использовании таких досок в училищах 44 и в коррекционных школах, поскольку рисование пальцами, вызывая интерес у детей, одновременно развивает мелкую моторику. Эта тех- нология не требует применения специальных маркеров, не использует никаких излучений для работы и не подвержена внешним помехам. Недостатком этой технологии является небольшая задержка реакции матрицы при быстром перемещении маркера или заменяющего его предмета. Электромагнитная технология основана на передаче электронных сигналов с пишущего устройства, которым может быть либо специ- альный электронный карандаш, либо вложенные в электронные дер- жатели маркеры. К достоинствам следует отнести возможность созда- ния твердой и прочной поверхности. К недостаткам – работа с элек- тромагнитным излучением и необходи- мость использования специального мар- кера. Интерактивные доски бывают пря- мой проекции – проектор помещается перед ней на подставке или на потолке (рис. 3.9); доски обратной проекции – проектор располагается сзади и состав- ляет единую конструкцию с доской, благодаря чему человек стоящий перед ней не перекрывает световой поток проектора (рис. 3.10). Такую доску можно легко передвигать, при этом не придется снова ее подключать и перенастраивать. Можно менять высоту экрана, поворачивая ручку на корпусе. Чтобы сохранить напи- санную на доске инфор- мацию, совсем необяза- тельно переписывать все от руки – для этого суще- ствуют электронные копи- рующие доски (рис. 3.11). Достаточно нажать одну кнопку на устройстве, встроенном в электронную доску, и инфор- мация, что написанная на электронной копирующей доске, будет распечатана или сохранена на флэш-накопителе. Рис. 3.11. Копирующая интерактивная доска Рис. 3.10. Интерактивная доска обратной проекции 45 3.8. Методика внедрения интерак- тивных досок в образовательный процесс Интерактивные доски позволяют уйти от привнесенной компью- терной культурой чисто презентационной формы подачи материала, экономят время занятия за счет отказа от конспектирования. Сту- денты по окончании занятия могут получить файл с его записью, который можно дома просмотреть на ПК. Интерактивные доски по- вышают эффективность подачи материала. Для того чтобы эффективно проводить занятия с использованием интерактивной доски можно использовать следующий алгоритм, следуя которому преподаватель может успешно подготовиться к занятию с использованием интерактивной доски: – определить тему, цель и тип занятия; – составить временную структуру занятия, в соответствии с главной целью наметить задачи и необходимые этапы для их до- стижения; – продумать этапы, на которых необходимы инструменты ин- терактивной доски; – из резервов компьютерного обеспечения отбираются наибо- лее эффективные средства; – рассматривается целесообразность их применения в сравне- нии с традиционными средствами; – отобранные материалы оцениваются во времени: их продол- жительность не должна превышать санитарных норм; рекомендует- ся просмотреть и прохронометрировать все материалы, учесть ин- терактивный характер материала; – составляется временная развертка (поминутный план) учеб- ного занятия; – при недостатке компьютерного иллюстрированного или про- граммного материала проводится поиск в библиотеке или Интерне- те или составляется авторская программа; – из найденного материала собирается презентационная про- грамма. Для этого пишется ее сценарий; – заранее подготовить студентов к восприятию занятия с ис- пользованием интерактивной доски. 46 3.9. Плазменные панели Экран плазменного дисплея может быть намного больше телевизионного, при этом он не испускает вредных электромагнитных излучений. Помимо размеров, основным достоин- ством панели является более высокая, чем у телевизоров и мониторов, контрастность изображения и угол обзора – 160о (рис. 3.12). Плазменные дисплеи также отличают- ся от кинескопов отсутствием мерцания изображения, что позволяет зрителям не утомляться при просмотре. Благодаря всем этим достоинствам плазменные панели нашли применение в качестве отображения средств наглядности на заня- тиях, выставках, информационных стендов. Основные характеристики плазменной панели: Диагональ экрана. Самый распространенный размер диагонали экрана 42. Однако большинство производителей уже перешли к се- рийному выпуску моделей с большими размерами по диагонали. Яркость обычно варьирует в пределах 300–600 кд/м2. Контрастность – от 300:1 до 600:1. Значения яркости и контрастности плазменных дисплеев суще- ственно превышают аналогичные параметры телевизора (яркость около 200 кд/м2, контрастность 200:1). Современные технологии позволяют достичь контрастности 3000:1. Соотношение сторон плазменной панели обычно составляет 16:9, что соответствует новому стандарту телевизионного сигнала HDTV. Однако такой формат может создавать проблемы при отоб- ражении информации с компьютера (соотношение сторон экрана – 4:3). У большинства моделей существует специальная функция рас- тягивания изображения с соотношением сторон 4:3 на весь экран, однако для достижения высокого качества изображения, необходи- мо использовать специальную видеокарту. С ее помощью искаже- ния, связанные с растягиванием изображения станут практически незаметными. Рис. 3.12. Внешний вид плазменной панели 47 Разрешение плазменной панели с соотношением сторон 16:9 не соответствует традиционному компьютерному разрешению (VGA, SVGA, XGA). Типовыми разрешениями таких панелей являются: 852 х 480, 1024 х 1024, 1280 х 768, 1365 х 768. Поддержка различных систем телевидения. Большинство пане- лей являются мультисистемными и поддерживают все форматы PAL/SECAM/NTSC. Типы разъемов для подключения. Обычно плазменные панели имеют все необходимые разъемы для подключения видеосигнала и компьютера. Комплект поставки. Могут включать крепление на стену или настольную подставку. Подавляющее большинство панелей имеет встроенный звуковой усилитель, к которому можно подключать небольшие громкоговорители. Специальная насадка, установлен- ная на плазменную панель, превращает ее в интерактивный экран. С помощью такой панели путем прикосновения к экрану можно «общаться» с компьюте- ром. Применение ТСО будет эффек- тивным при условии, что педагог свободно владеет техникой, хорошо подготовлен организационно, умеет заранее четко определить их место в системе занятий и в учебно-воспитательном процессе в це- лом. Результативность работы зависит и от того, насколько полно он может извлекать из экранно-звуковых средств заложенную в них информацию, развертывать беседу по содержанию, связывать пре- подносимые сведения с жизнью. Важно также, как он строит пере- ход от своего слова к просмотру, как активизирует слушателей, ис- пользуя их опыт. Одним из типичных недостатков использования ТСО является неумение педагога правильно построить занятие и точно определить роль и место технических средств. Часто много времени уходит на демонстрацию ненужного, не имеющего отно- шения к данному занятию материала, например, показывается весь фильм, в то время как можно было бы ограничиться отдельными фрагментами; нередко объяснения педагога дублируют текст диа- Рис. 3.13. Интерактивный экран 48 фильма или телепередачи, что приводит к нерациональному расхо- дованию учебного времени. 3.10. Использование информационных технологий и электронных учебных материалов в учебном процессе Стремительное изменение рынка труда, общественных и про- фессиональных запросов, требует мобильного изменения учебных направлений подготовки квалифицированных специалистов. Для этой цели применяют системы новых методов, средств и форм обу- чения. В настоящее время проблема эффективности обучения ста- новиться все более актуальной, в том числе и по причине усложне- ния эксплуатации современных технических систем. Важно отме- тить, что на сегодня концепция профессионального и проблемного обучения базируется на сочетании «старых» и «новых» форм [1,2] в рамках так называемых УМК (учебно-методических комплексов). Примерная схема современного УМК приведена на рис. 3.14. Рис. 3.14. Примерная схема учебно-методического комплекса Из представленной схемы видно, что одним из новых элементов УМК является электронный (или компьютерный) учебник (учебное пособие). Их создание позволит существенно повысить роль само- стоятельного освоения дисциплины, так как предоставит возмож- ность изучения в интерактивном режиме теоретического материала, обеспечит решение задач разного уровня, дополнит лабораторные занятия компьютерным моделированием физических процессов и явлений. 49 3.11. Систематизация электронных изданий Для целей образовательного процесса зачастую используют та- кую классификацию электронных изданий. Репетиторы и тренажеры. Рассчитаны на подготовленного учащегося, знакомого с курсом соответствующего учебного пред- мета и учебной темы. Это комплексы, содержащие: – краткий учебный материал справочного типа; – проверочный материал (задачи, тесты) с ответами. Учебники. Рассчитаны на учащегося, желающего осуществить знакомство с курсом соответствующего учебного предмета и учеб- ной темы или повысить свой первоначальный уровень. Это ком- плексы, содержащие учебный материал, выстроенный в методиче- ски целенаправленной последовательности. Обучающие программы. Интерактивные учебники, не только со- держащие учебный материал, но и: – реагирующие на действия пользователя; – позволяющие ему проверить качество усвоения материала; – «подсказывающие» в случае необходимости правильный ал- горитм исправления допущенных ошибок и т.д. Справочники и энциклопедии. Во всех случаях эти издания имеют более или менее развитый аппарат гиперссылок, позволяющий быстро наводить контекстные справки или переходить к нужному разделу комплекса. Использование термина электронный учебно-методический ком- плекс используется также постольку, поскольку зачастую такие ком- пакт-диски представляют собой не один файл, не одну программу, а их множество. Действительно, под компьютерной программой обычно имеют в виду некое средство, позволяющее совершать какие-то дей- ствия (например, текстовый редактор или компьютерная игра). Но учебные издания могут состоять, например, только из гипертекстовых документов, которые обрабатывает программа-браузер, установлен- ный на компьютере, и изобразительного материала. Такие издания программой уже не назовешь. К особым видам электронных изданий относятся учебные ком- плексы, включающие в себя: 50 – библиотеки наглядных пособий (фотографий, рисунков, ани- маций, аудио- и видеофайлов); – виртуальные тренажеры (виртуальные лаборатории). Библиотеки наглядных пособий полезны преподавателю при подготовке к уроку: он может заимствовать те или иные пособия для создания собственных методических материалов. Тренажеры (лаборатории) позволяют ему более наглядно пред- ставить какое-то явление «в живую» с изменением параметров это- го явления. Особое место в практике учителя занимают электронные доку- менты, предназначенные не для просмотра на экране компьютера, а для последующей печати и использования в качестве раздаточных материалов (памяток, методичек, тестовых и контрольных материа- лов и т.д.). 3.12. Инструментальные программы в обучении. Методика проведения те- стового контроля Тестирование является одним из наиболее устоявшихся способов обеспечения качества разработки программного обеспечения. С технической точки зрения тестирование заключается в выполнении приложения на некотором множестве исходных данных и сверке получаемых результатов с заранее известными (эталонными) с це- лью установить соответствие различных свойств и характеристик приложения заказанным свойствам. Как одна из основных фаз про- цесса разработки УМК, тестирование характеризуется достаточно большим вкладом в суммарную трудоемкость разработки продукта. При тестировании как правило выделяют три фазы: модульное, интеграционное и системное тестирование. Модульное тестирование – это тестирование программы на уровне отдельно взятых модулей, функций или классов. Цель мо- дульного тестирования состоит в выявлении локализованных в мо- дуле ошибок в реализации алгоритмов, а также в определении сте- пени готовности системы к переходу на следующий уровень разра- ботки и тестирования. Модульное тестирование проводится по принципу «белого ящика», то есть основывается на знании внут- 51 ренней структуры программы, и часто включает те или иные мето- ды анализа покрытия кода. Интеграционное тестирование – это тестирование части системы, состоящей из двух и более модулей. Основная задача интеграционно- го тестирования – поиск дефектов, связанных с ошибками в реализа- ции и интерпретации интерфейсного взаимодействия между модуля- ми. Основная разница между модульным и интеграционным тестиро- ваниями состоит в целях, то есть в типах обнаруживаемых дефектов, которые, в свою очередь, определяют стратегию выбора входных данных и методов анализа. Системное тестирование качественно отличается от интеграци- онного и модульного уровней. Оно рассматривает тестируемую си- стему в целом и оперирует на уровне пользовательских интерфей- сов. Основная задача системного тестирования состоит в выявлении дефектов, связанных с работой системы в целом, таких как невер- ное использование ресурсов системы, непредусмотренные комби- нации данных пользовательского уровня, несовместимость с окру- жением, непредусмотренные сценарии использования, отсутствую- щая или неверная функциональность, неудобство в применении и тому подобное. Системное тестирование производится над проектом в целом с помощью метода «черного ящика». Структура программы не имеет никакого значения, для проверки доступны только входы и выходы, видимые пользователю. Тестированию подлежат коды и пользова- тельская документация. Кроме того, выделяют регрессионное тестирование – цикл тестиро- вания, который производится при внесении изменений на фазе си- стемного тестирования или сопровождения продукта. Главная пробле- ма регрессионного тестирования – выбор между полным и частичным перетестированием и пополнением тестовых наборов. При частичном перетестировании контролируются только те части проекта, которые связаны с измененными компонентами. ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Основная литература 52 1. Хомоненко, А.Д. Основы современных компьютерных техно- логий: учебник / под ред. проф. А.Д. Хомоненко. – СПб.: КОРОНА, 2005. – 672 с. 2. Кравченя, Э.М. Технические средства обучения и методика их применения: учебно-методическое пособие к лабораторным рабо- там «Компьютерные технологии подготовки средств наглядности» / Э.М. Кравченя, В.И. Пилипенко. − Минск: БНТУ, 2009. − 56 с. Дополнительная литература 3. Коменский, Я.И. Избранные педагогические сочинения / Я.И. Коменский. – М.: Педагогика, 1982. – Т. 2. – С. 34–44. 4. Кравченя, Э.М. Технические средства обучения в школе: учеб. пособие для слушателей курсов повышения квалификации и переподг. кадров образования / Э.М. Кравченя. – Минск: ТетраСи- стемс, 2005. – 272 с. 5. Кравченя, Э.М. Технические средства обучения и методика их применения: учебно-методическое пособие к лабораторным работам / Э.М. Кравченя, В.И. Пилипенко. − Минск: БНТУ, 2005. − 99 с. 6. Кравченя, Э.М. Технические средства обучения: учеб. посо- бие / Э.М. Кравченя. – Минск: Выш. шк., 2005. – 304 с. Интернет-источники 7. Национальный Интернет-портал Республики Беларусь [Элек- тронный ресурс] / Великий русский педагог К.Д.Ушинский. – Режим доступа: http://www.detskiysad.ru/ped/ped125.html. – Дата доступа: 06.05.2010. 8. Национальный Интернет-портал Республики Беларусь [Элек- тронный ресурс] / Википедия – Свободная энциклопедия, русско- язычная версия. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/- wiki/Main_Page. – Дата доступа: 06.05.2010. 9. Национальный Интернет-портал Республики Беларусь [Элек- тронный ресурс] / Глоссарий.ru – Служба тематических толковых сло- варей. – Режим доступа: http://www.glossary.ru. – Дата доступа: 06.05.2010. 10. Национальный Интернет-портал Республики Беларусь [Элек- тронный ресурс] / Яndex – Словари, система полнотекстового поиска по 47 словарям, включая Большую советскую энциклопедию, словарь 53 Брокгауза и Ефрона, словарь Даля, Толковый словарь русского языка Ушакова и другие. – Режим доступа: http://slovari.yandex.ru. – Дата до- ступа: 06.05.2010. 54 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................... 3 1. ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТСО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ ........................ 4 1.1. Психофизиологическая характеристика процесса приема информации .............................................................................................. 4 1.2. Восприятие информации зрительным и слуховым анализаторами ................................................................................................................................ 7 1.3. Взаимодействие анализаторов ....................................................... 8 1.4. Система критериев педагогической эффективности средств обучения ........................................................................................................... 10 1.5. Дидактические аспекты использования возможностей средств обучения в системе профессионально-технического образования ..................................................................................................... 12 1.6. Виды ТСО, их классификация .......................................................... 15 1.7. Перспективы развития ТСО .............................................................. 16 1.8. Роль и место ТСО в организации учебного процесса и внеклассной работы ........................................................................... 16 1.9. Критерии оптимизации комплекса средств обучения ........... 17 1.10. Учебно-материальная база общеобразовательного учреждения .................................................................................................................... 19 1.11. Перспективы развития технических средств обучения ........... 21 1.12. Педагогические технологии ............................................................ 21 1.13. Структура методов интерактивного обучения ........................... 24 2. НАГЛЯДНОСТЬ В ОБУЧЕНИИ. МЕТОДИКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ СРЕДСТВ НАГЛЯДНОСТИ ........................ 25 2.1. Основные формы наглядности .......................................................... 26 2.2. Особенности применения средств наглядности преподавателем .............................................................................................. 26 2.3. Дидактические требования к средствам наглядности ............... 27 2.4. Методика конструирования и изготовления средств наглядности с помощью персонального компьютера .................................................... 28 3. СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА, ЗАПИСИ, ХРАНЕНИЯ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ................................. 29 3.1. Цифровое и аналоговое представление звуковых сигналов .... 29 3.2. История цифрового телевидения ..................................................... 32 3.3. Устройство для записи и чтения цифровой информации ......... 33 3.4. Документ-камеры .................................................................................. 37 3.5. Видеопроекторы .................................................................................... 39 3.6. Оптимальное размещение проектора и экрана ............................ 41 3.7. Электронные интерактивные доски ................................................ 42 3.8. Методика внедрения интерактивных досок в образовательный процесс ...................................................................... 45 3.9. Плазменные панели .............................................................................. 46 3.10. Использование информационных технологий и электронных учебных материалов в учебном процессе ................ 48 3.11. Систематизация электронных изданий ........................................ 49 3.12. Инструментальные программы в обучении. Методика проведения тестового контроля ............................................ 50 4. ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ......................................................................................... 51 Учебное издание КРАВЧЕНЯ Эдуард Михайлович ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ И МЕТОДИКА ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Методическое пособие для студентов заочной формы обучения специальности 1-08 01 01 «Профессиональное обучение (по направлениям)» Технический редактор О.В. Песенько Подписано в печать 17.06.2011. Формат 60 841/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 3,25. Уч.-изд. л. 2,54. Тираж 100. Заказ 692. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Проспект Независимости, 65. 220013, Минск.