Попов С.В. Дистанционное обучение, энтропия и мультимедиа

Оригинaл материала размещен в выпуске № 01 (03) https://f.almanah.su/03.pdf

Введение. В связи с расширяющимся применением дистанционного обучения, в том числе и для учащихся с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ) естественно возникла проблема повышения эффективности этой формы обучения, т.к. говорить сейчас о его удовлетворительном качестве не приходится. Слишком много еще не сделано, хотя даже нынешние очевидные возможности далеко не исчерпаны. По мнению автора, трудности проблемы налаживания качественного дистанционного обучения следующие.
1.       Объективные. При удаленной форме преподаватель лишен возможности непосредственного контакта с аудиторией, что влечет запаздывание его реакции на возникающие у учащихся вопросы. Он либо вовсе лишен обратной связи от аудитории, либо в цепи обратной связи имеется большая задержка. В результате сформулированные учащимися вопросы либо остаются без ответа, либо выпадают из контекста.
2.       Технические. Современные технические средства при дистанционном обучении не позволяют создать эффект присутствия ни у учащихся, ни у преподавателя. Тем самым, учащиеся лишены возможности в режиме реального времени прояснять непонятные места, а преподаватель лишен возможности управлять аудиторией.
3.       Субъективные. В связи с развитием клипового мышления у учащихся, их возможности по использованию учебных пособий (в том числе и электронных) весьма ограничены. Поэтому преподавателю приходится большую часть материала рассказывать, не особенно рассчитывая на самостоятельную работу слушателей. Это касается и домашних заданий, на занятиях приходится разбирать много примеров, т.к. отсутствует активная обратная связь между учащимися и преподавателем. Тем самым дистанционное обучение характеризуется как медленной подачей информации, так и медленным ее усвоением.
4.       Информационные. В связи с широкой доступностью информации, учащиеся весьма часто находят уже выполненные варианты домашних заданий в Интернете, а при дистанционной форме обучения у преподавателя нет возможности объективно и массово устроить проверку понимания того, как задание выполнялось и какой след в юных мозгах этот процесс оставил.
Главным образом, эти трудности относятся к обучению студентов-дистантников, начинающих изучение нового для себя предмета. Для специалиста со сформировавшейся мотивацией к карьерному росту, это не относится. Он вполне владеет навыками поиска необходимой информации в Интернете и занимается самообразованием, не давая в этом никому отчета, лишь из собственного побуждения повысить свою квалификацию, и как следствие, жалованье.
Естественно, что автор не претендует на решение всех проблем дистанционного обучения, т.к. для этого надо решать проблемы: в первую очередь, финансовую, а уже потом социологические, технические, психологические, методологические и пр. Однако, накопленный опыт дистанционного обучения (в том числе лиц с ОВЗ) позволяет сделать определенные выводы и наметить перспективы улучшения этой формы обучения. Правда для этого придется обратиться к некоторым смежным наукам (в частности, теории информации), чтобы подкрепить изложение необходимыми аргументами. Все изложение математических результатов будет вестись на содержательном уровне и не затруднит восприятие материала.
1.       Теория информации, энтропия, образование.
Основоположник теории информации К. Шеннон, исследуя законы передачи данных, ввел понятие энтропии, как меры неопределенности системы, наблюдаемой субъектом. Мы не будем вводить формального определения энтропии, но остановимся на некоторых ее свойствах, чтобы прояснить ее смысл, с целью увидеть аналогии в образовательном процессе. Представим себе ученика, который приступил к изучению нового предмета, с основными понятиями которого он не знаком. В этом случае можно утверждать, что у него имеется большая неопределенность о предмете, т.к. в каждом новом положении (теореме, утверждении, примере), которое он встречает в учебнике для него мало что известно. Эту неопределенность учащийся должен ликвидировать собственными интеллектуальными усилиями, путем выстраивания логических и семантических конструкций, базирующихся на уже имеющихся знаниях. Если у ученика имеется необходимая пресупозиция, то неопределенность изучаемого предмета меньше, и он затрачивает меньше интеллектуальных ресурсов для понимания базисных понятий и построения на этом всей теории. Таким образом, если энтропия – это мера априорной неопределённости системы (в данном случае изучаемого предмета), то роль преподавателя, излагающего его основы, состоит в том, чтобы привязать их к смысловым единицам, которыми располагает ученик. Для этого он использует аналогии, примеры из окружающей действительности, уже изученный материал, наконец, просто советуя заучить то или иное понятие.
Учащегося в этом случае можно представить как некую систему, воспринимающую внешние сигналы (здесь текст учебника или лекция преподавателя) и передающую их в несколько трансформированном виде в долговременную память, чтобы создавать свою собственную картину мироздания. При высокой степени неопределенности (большой энтропии) запоминания не произойдет, т.к. не возникнут устойчивые семантические связи с уже имеющимся материалом; при уменьшении энтропии усвоение происходит легче и надежнее. Этот тезис вполне согласуется с теоремой К. Шеннона, которая гласит, что передача сигнала, характеризующегося энтропией H, происходит без задержки лишь в случае, если пропускная способность канала связи больше H.
В образовательных терминах эта теорема трактуется так: если ученик способен самостоятельно устранить неопределенность воспринимаемого материала (текста или лекции), то учебный материал осознается и сохраняется. В противном случае материал не усваивается и для его окончательного изучения следует потратить дополнительные ресурсы. Именно потому, что ученики различаются своими субъективными механизмами обработки информации, одни «хватают на лету», а другие «тормозят». Теперь понятна роль преподавателя, если формулировать ее в терминах теории информации: его задача состоит в уменьшении энтропии подаваемого материала, чтобы последний усваивался большей частью аудитории. Такова же роль домашних занятий в освоении предмета – это уменьшение неопределенности путем расширения учеником возможностей его канала восприятия.
Но функционалы преподавателя и домашних занятий существенно различаются в одном компоненте. Если преподаватель должен удержать внимание ученика на изучаемом предмете, то при выполнении домашних заданий ученик использует собственные психические ресурсы, чтобы удержать внимание на изучаемом предмете. В первом случае психическая энергия ученика направляется на преподавателя, и уже как следствие на излагаемый материал. В этом случае преподаватель своим присутствием облегчает задачу концентрации психической энергии на изучаемом предмете. Во втором – она направляется на предмет изучения самим учеником, включающим для этого собственные волевые механизмы.
Вспомним про клиповость мышления современных молодых людей, что не позволяет им долго концентрироваться на одной теме, да еще излагаемой не наглядным материалом, а в виде текста, что априорно требует концентрации внимания. Поэтому не приходится удивляться тому, что выполнение домашнего задания превращается в тяжкое испытание ученика, где победителем почти всегда выходит Интернет, подсовывая ему уже решенные задачи. Обилие решенных задач в Интернете позволяет утверждать, что практически любое домашнее задание будет аккуратно списано. Получается парадокс: вместо уменьшения энтропии изучаемого предмета ученик остается на прежнем уровне неопределенноси, и следующую лекцию он будет слушать вновь как абсолютно новую. Однако в тетради все домашнее задание выполнено!
Следствие весьма неутешительно: со временем ученик боится оставаться наедине с учебником, который не вызывает ничего кроме страха, или что очередное домашнее задание окажется неподъемным. Естественно, что в этом случае возникает стойкая антимотивация не только к изучению конкретного предмета, но и вообще к обучению. В терминах теории информации это выглядит так: пропускная способность канала связи снизилась настолько, что сообщения даже с небольшой энтропией не проходят без задержки (т.е. либо не усваиваются, либо усваиваются лишь частично). А задержка в этом случае обозначает потухший взгляд и неприязнь к преподавателю, который задает слишком сложные задания.
2.       Информационные технологии и образование
Итак, приходится констатировать, что информационные технологии подставили подножку нынешнему образованию, и упование апологетов электронного образования на рывок образования в случае, когда у каждого ученика будет компьютер и доступ в Интернет, оказалось неверным. Сейчас у каждого ученика есть не только компьютер, но и планшет, мобильник и пр., казалось бы, учись – не хочу, но не могут они учиться. Просто и банально – не не хотят, а не могут! Это форма интеллектуальной импотенции, которая воспитывается у большинства учеников с момента, когда родители подарили им первый компьютер, планшет, мобильник.
Так что же делать отечественному образованию в этой непростой ситуации. Надо сказать, что на Западе дела обстоят не лучше. Признаком этому является то, что наши лучшие ВУЗы давно превратились в экспортные фирмы, экспортируя отечественные мозги во всех направлениях, кроме одного – в Россию. Но не будем поднимать плач по поводу неразумности мироустройства в отдельно взятой стране, а попытаемся предложить нечто конструктивное, что позволило бы выпутаться из сложившихся обстоятельств без потерь и разбитого носа. Однако основная наша цель состоит не в том, чтобы принести глобальное счастье, а на примере дистанционного образования показать, что и в отдельно взятой области позитив возможен.
Мы исходим из того, что электронное образование – это суровая явь и никуда от этого не денешься. Времена, когда учебник математики Магницкого считался кладезем мудрости, прошли, и уже не вернутся. Нет авторитета среди учебников, они все воспринимаются на одно лицо, и самый лучший учебник – это «Решебник по …», в котором есть ответы на все домашние задания. Однако, давайте посмотрим, нельзя ли применить те же информационные технологии, чтобы как-то выправить положение, ведь мы уже вооружены выводами Теории информации. И видим роль учителя в том, чтобы снизить энтропию сообщения до уровня, когда сообщение будет без задержки восприниматься юными мозгами. Повысить пропускную способность канала связи преподавателю не удастся, т.к. этот процесс связан со многими параметрами обучаемого субъекта: генетикой, семейными традициями, физиологий, психической конституцией и пр. Но вот снизить энтропию сообщения преподаватель вполне может, однако для этого не подходят методы самообразования, когда ученику задают прочитать страницы с 15-й по 34-ю. В этом процессе роль личности преподавателя первостепенна. Именно преподаватель должен открыть источник психической энергии ученика и направить ее на себя и, как следствие, на изучаемый предмет. В первую очередь он должен быть солистом, а излагаемый материал – кардебалетом Поэтому простое бормотание, когда учитель (запинаясь!?) пересказывает страницы учебника, не выручит. А тогда какое же решение предложить вдумчивому читателю.
На наш взгляд представляется, что каждый урок должен напоминать собой спектакль на заданную тему, например «Наибольший общий делитель и алгоритм Евклида» с расписанными ролями актеров и соответствующими декорациями. Если главный герой спектакля один – преподаватель, то актеры – это сами ученики, причем роли этих актеров заранее знает только преподаватель и заставляет выучить их актеров во время выступлений. Выступление может быть различным: ответ с места на поставленный вопрос, сольная партия у доски или вопрос любопытствующего ученика.
В результате мы имеем уже не моноспектакль, а существенно более сложное действо и именно это позволяет привлечь внимание учащихся к изучаемому предмету. Действие меняется калейдоспически, т.к. зрители, они же актеры, не могут концентрироваться на одной теме глубоко и надолго. И если после третьего повторения ученики не воспринимают какое-либо положение, то энтропия материала слишком велика и канал не пропускает это сообщение.
Из теории информации следует, что энтропия сообщения – это величина абсолютная, не зависящая от времени, в течение которого сообщение передается. Однако, подходя содержательно к термину неопределенность, мы отмечаем, что удлинение сообщения при определенных условиях может снизить его энтропию. Чтобы понять при каких условиях это происходит, отметим следующее.
Удлинение сообщения обозначает, не только то, что в единицу времени передается меньше фактической информации за счет более последовательного изложения, но то, что помимо данных, непосредственно касающихся излагаемой темы, преподаватель вставляет и пояснения, уменьшающие неопределенность излагаемого материала в силу того, что у слушателей возникают ассоциации, позволяющие снизить их неопределенность. Следовательно, удлинение сообщения в данном случае эквивалентно снижению энтропии, и при имеющемся пропускном канале уменьшение задержки. Поэтому процесс передачи информации надо растянуть во времени, чтобы снизить энтропию на единицу передаваемого символа. И это достигается различными приемами, в первую очередь, разнообразными повторениями основ излагаемого предмета или использования аналогий. Но есть и еще один прием, вполне согласующийся с теоремой К. Шеннона, и к описанию которого мы приступаем.
У человека имеются несколько каналов восприятия, в учебной деятельности мы пользуемся только двумя: аудио и визуальным. По визуальному каналу можно передавать больше информации по сравнению с аудиоканалом силу особенности восприятия человека. Пока в образовательной практике мы не различаем эти два канала, полагая, что они образуют единый канал передачи данных. Однако, с развитием дистанционного обучения это уже не так, там эти два канала четко разделены: визуальный канал передается через экран компьютера, а звуковой – через наушники. Пропускная способность этих каналов различна, если рассматривать количество информации, передаваемой в единицу времени. И в силу особенностей современных средств передачи данных, именно низкой пропускной способности при передаче визуальных данных, преподаватель основывается на аудиоканале, т.к. звук проходит без особой задержки и передача не доставляет неудобств. При передаче изображения это уже не так – канал перегружается и информация передается не надежно. Поэтому с современными техническими средствами нельзя достаточно просто организовать видеотрансляцию урока, например, лекцию преподавателя у доски, передавая ее в режиме реального времени. Это связано с реальными помехами, задержками, низким качеством передаваемых данных.
Однако, при передаче видеоданных, которые имеют место в образовательном процессе, нет острой необходимости транслировать лекцию в режиме реального времени, достаточно иметь эту лекцию в виде копии, выложенной в Интернете, тем самым облегчив доступ к ней учащихся. Одновременно транслируясь на мониторах учеников и преподавателя такая трансляция создает иллюзию присутствия, если преподаватель будет дополнительно сопровождать ее пояснениями. Для этого по сигналу преподавателя следует только остановить трансляцию в нужном месте, чтобы дать ему возможность сделать необходимое пояснение. Итак, при такой модели дистанционного обучения происходит восприятие заранее сформированного видео- и аудио-потоков по одному каналу, но дополнительно формируется еще один аудиоканал, который служит цели уменьшения энтропии основного сообщения путем внесения дополнений и пояснений.
Естественно возникает вопрос о технической реализации подобного замысла. Создать видеообраз лекции вполне можно современными средствами, что делается просто. Существенно, что объемы таких файлов достаточно большие, что вызывает определенные трудности по передаче данных. Однако, если использовать заранее созданный канал на You Tube и обеспечить доступ к нему заинтересованных учащихся, то задача передачи видеоматериала и звукового сопровождения в режиме реального времени становится практически реализуемой.
Как итог: термин мульмедиа приобретает вполне конкретное воплощение. Мы используем визуальный и аудио-каналы (основной канал), записанной заранее лекции, и (сопровождающий или вспомогательный) аудиоканал, в режиме реального времени для снижения неопределенности сообщения, транслируемого по основному каналу. Тем самым, учащийся не остается наедине с новым материалом, он всегда может попросить преподавателя остановиться на непонятном месте и внести пояснения. Тем самым, теорема К.Шеннона подсказала нам, как оформить дистанционное обучение, чтобы в каждый момент иметь возможность уменьшать энтропию сообщения, передаваемого по основному каналу за счет включения в реальном времени вспомогательного канала.
Заключение. Итак, модель мультимедийного дистанционного обучения представляется следующим образом. Преподаватель вместе с учениками просматривает заранее записанную и размещенную на You Tube лекцию, останавливая ее в определенных местах для комментирования происходящего. Как правило, точки прерывания после двух-трех просмотров в разных аудиториях определяются однозначно, т.к. студенческие аудитории мало отличаются по скорости освоения предмета. В результате такого интерактивного взаимодействия с аудиторией слушателей возникают расширения и дополнения к лекции, которые можно сделать впоследствии и внести в исходный текст. Именно такой способ дистанционного обучения использует автор, выложив свои лекции по некоторым предметам на своем канале в You Tube, которые можно найти по ссылке https://www.youtube.com/channel/UCj5PXiXde0RSCPFXPhNRUhA.

Литература

1.       А. Аржаков, С. Попов, Образование в эпоху информатизации. О проблемах современного образования, Изд-во: LAP Lambert Academic Publishing, ISBN: 978-3-659-63497-0, 2016, 161 C.
2.       С. Попов, Опусы. Взгляд педагога, Изд-во: Bloggingbooks, ISBN: 978-3-8417-7971-7, 2017, 233 C.
e-mail: s-v-popov@yandex.ru
Тел. +79035447997