АОС включает в себя комплекс учебно-методических материалов (демонстрационные, теоретические, практические, контролирующие) и компьютерные программы, которые управляют процессом обучения. Разработка специализированных программ обычно предполагает решение вполне определенных задач компьютеризации учебного процесса. Так, АОС используются для изучения новых для обучаемого концепций и процессов. Материал предлагается в структурированном виде и обычно включает демонстрации, вопросы для оценки степени понимания, обеспечивающие обратную связь. Современные АОС позволяют корректировать процесс обучения, адаптируясь к действиям обучаемого.
АОС обычно базируется на инструментальной среде — комплексе компьютерных программ, предоставляющих пользователям, не владеющим языками программирования, следующие возможности работы с системой:
педагог вводит разностороннюю информацию (теоретический и демонстрационный материал, практические задания, вопросы для тестового контроля) в базу данных и формирует сценарии для проведения занятия;
ученик в соответствии со сценарием (выбранным им самим или предложенным педагогом) работает с учебно-методическими материалами программы;
автоматизированный контроль усвоения знаний обеспечивает необходимую обратную связь, позволяя выбирать самому ученику (по результатам самоконтроля) или назначать автоматически последовательность и темп освоения учебного материала;
работа ученика протоколируется, информация (итоги тестирования, изученные темы) заносится в базу данных;
педагогу и ученику предоставляется информация о результатах работы отдельных обучаемых или определенных групп, в том числе и в динамике.
Возможности высших учебных заведений обычно позволяют им вести проектирование таких инструментальных сред, ориентированных на создание АОС [16]. В то же время в системе общего и профессионального образования разработано множество обучающих программ по отдельным учебным дисциплинам, отличающихся оригинальностью, высоким научным и методическим уровнем. Например, в рамках проекта «Гармония» [21] учителями из различных регионов России и стран СНГ (Горно-Алтайска, Бийска, Гродно, Новокузнецка, Одессы, Омска и др.) были разработаны электронные учебные пособия по информатике, истории, литературе и другим предметам. В сети Internet в настоящее время представлены различные авторские разработки этого плана.
В 80—90-е гг. XX в. массовое производство относительно недорогих и в то же время обладающих постоянно улучшающимися техническими характеристиками персональных компьютеров обусловило резкое увеличение темпов информатизации.
В сфере обучения, особенно с появлением операционной системы Windows, открылись новые возможности. Главными из них стали доступность диалогового общения в так называемых интерактивных программах и возможность широкого использования графики (рисунков, схем, диаграмм, чертежей, карт, фотографий). Применение графических иллюстраций в учебных компьютерных системах позволяет на новом уровне передавать информацию обучаемому и улучшать ее понимание. Учебные программные продукты, использующие графику, способствуют развитию таких важных качеств, как интуиция, образное мышление.
Дальнейшее развитие компьютерных технологий в последнее десятилетие предоставило технические и программные новинки, очень перспективные для образовательных целей. В первую очередь — это устройства для работы с компакт-дисками — CD-ROM (англ. Compact Disk Read Only Memory — устройство для чтения с компакт-диска) и CD-RW (англ. Compact Disk Read/Write — устройство для чтения и записи на компакт-диск), позволяющие сосредоточить большие объемы информации (сотни мегабайт) на небольшом и недорогом носителе.
Возросшая производительность персональных компьютеров сделала возможным достаточно широкое применение технологий мультимедиа, систем виртуальной реальности.
Действительно, современное обучение уже трудно представить без технологии мультимедиа (англ. multimedia — многокомпонентная среда), которая позволяет использовать текст, графику, видео и мультипликацию в режиме диалога и тем самым расширяет области применения компьютера в учебном процессе. Изобразительный ряд, включая образное мышление, помогает обучаемому целостно воспринимать предлагаемый материал. Появляется возможность совмещать теоретический и демонстрационный материалы. Тестовые задания уже не ограничиваются словесной формулировкой, но и могут представлять собой целый видеосюжет. Мультимедиа программы — это наукоемкий и весьма дорогостоящий продукт, так как для его разработки необходимо соединить усилия не только специалистов в предметной области, педагогов, психологов и программистов, но и художников, звукооператоров, сценаристов, монтажеров и других профессионалов.
Виртуальная реальность (англ. virtual reality — возможная реальность) — это новая технология неконтактного информационного взаимодействия, реализующая с помощью мультимедиа среды иллюзию непосредственного присутствия в реальном времени в стереоскопически представленном «экранном мире». В таких системах непрерывно создается иллюзия «местонахождения» пользователя среди объектов виртуального мира.
Новые возможности для создания АОС открыла в 90-е гг. гипертекстовая технология, которая получила мощнейшее развитие благодаря возможности создания гипертекста с помощью специального языка HTML (англ. HyperText Markup Language — гипертекстовый язык разметки), изобретенного Тимоти Бернерс-Ли. Гипертекст (англ. hypertext— сверхтекст), или гипертекстовая система, — это совокупность разнообразной информации, которая может располагаться не только в разных файлах, но и на разных компьютерах.
Основная черта гипертекста — возможность переходов по так называемым гиперссылкам, которые представлены либо в виде специально оформленного текста, либо определенного графического изображения. Одновременно на экране компьютера может быть несколько гиперссылок и каждая из них определяет свой маршрут «путешествия». Наряду с графикой и текстом можно связать гиперссылками и мультимедиа-информацию, включая звук, видео, анимацию. В этом случае для таких систем используется термин гипермедиа.
Распространение гипертекстовой технологии в определенной мере послужило своеобразным толчком к созданию и широкому тиражированию на компакт-дисках разнообразных электронных изданий: учебников, справочников, словарей, энциклопедий (школьная серия «1С: Репетитор», энциклопедические и учебные издания фирмы «Кирилл и Мефодий» и др.). Использование в электронных изданиях различных информационных технологий (АОС, мультимедиа, гипертекст) дает весомые дидактические преимущества электронной «книге» по сравнению с традиционной:
в технологии мультимедиа создается обучающая среда с ярким и наглядным представлением информации, что особенно привлекательно для школьников;
осуществляется интеграция значительных объемов информации (до 700 Мб) на едином носителе;
гипертекстовая технология благодаря применению гиперссылок упрощает навигацию и предоставляет возможность выбора индивидуальной схемы изучения материала;
на основе моделирования процесса обучения становится возможным дополнить учебник тестами, отслеживать и направлять траекторию изучения материала, осуществляя, таким образом, обратную связь.
Вышеперечисленные возможности в полной мере реализованы в таком электронном учебнике, как «Открытая физика» фирмы «Физикон», представляющем собой полный курс физики для школьников VII—XI классов и абитуриентов. Учебник работает в режиме диалога с обучаемым. Он включает более 80 компьютерных экспериментов, учебное пособие, видеозаписи экспериментов, звуковые пояснения. Еще одним характерным примером реализации возможностей современных информационных технологий является сборник компакт-дисков фирмы «1С: Репетитор» «Русский язык, Физика, Химия, Биология (4 CD)». Программы сборника содержат подробное изложение всего теоретического материала по каждому предмету, эквивалентное 3800 страницам формата А4, около 6 ч дикторского текста, около 1400 иллюстраций, 400 компьютерных анимаций и видеофрагментов (химические и физические опыты, жизнь животных), 70 интерактивных физических моделей, позволяющих изменять параметры процессов, 50 озвученных диктантов на все правила русского языка, встроенную контролирующую подсистему, включающую около 2000 тестов, задач и языковых практикумов (все — с ответами, многие — с решениями). Каждый компакт-диск содержит также обширные справочные сведения (интерактивные раскрывающиеся таблицы, формулы и т.д.), биографии известных ученых, словарь терминов, список литературы.
Тренировочные системы являются частным случаем обучающих систем. Подобные системы предназначены для закрепления предварительно изученного материала, отработки определенных навыков и умений, а также тех способов деятельности, которые должны воспроизводиться обучаемым на уровне, доведенном до автоматизма. Они могут быть как самостоятельным средством, так и входить в качестве подсистемы в КОС. В их основе — предоставление обучаемому вопросов, заданий, упражнений и обработка ответов с обеспечением соответствующей обратной связи.
Системы для поиска информации. Системы для поиска информации, или информационно-поисковые системы, давно используются в самых различных сферах деятельности. Но для образования это еще довольно новый вид программного обеспечения. В то же время современные требования к информационной компетентности предполагают высокий уровень знаний в области поиска, структурирования и хранения информации. Преподаватели могут использовать сами, а также предложить обучаемым различные информационно-поисковые системы: справочные правовые системы («Гарант», «Кодекс», «Консультант Плюс»), электронные каталоги библиотек, поисковые системы в Internet, информационно-поисковые системы центров научно-технической информации и т.п. Наконец, электронные словари и энциклопедии, гипертекстовые и гипермедиа системы также представляют собой системы для поиска информации, одновременно выполняя функции ДОС.