Лингвистическое обеспечение игровой обучающей информационной системы

На правах рукописи
Яковлев Константин Сергеевич

Лингвистическое обеспечение ИГРОВОЙ ОБУЧАЮЩЕЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Специальность: 05.25.05 – Информационные системы и процессы

(филологические науки)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата филологических наук

Санкт – Петербург

2012

Диссертация выполнена на кафедре компьютерного дизайна ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургского государственного университета культуры и искусств»

Научный руководитель: Доктор культурологии, доцент

Елинер Илья Григорьевич

Официальные оппоненты: Доктор педагогических наук, профессор

Брежнева Валентина Владимировна
Кандидат филологических наук,

Зайцев Илья Евгеньевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский

государственный университет

культуры и искусств»

Защита состоится 11 декабря 2012 г. в 16 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.210.019.03 в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургском государственном университете культуры и искусств» по адресу: 191186, Санкт-Петербург, Дворцовая наб., 2.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета культуры и искусств.

Автореферат разослан « 31» октября 2012 г.

Учёный секретарь
диссертационного совета
доктор филологических наук, профессор

И.А. Шомракова

Актуальность исследования. В высшем образовании активно ведется процесс модернизации, заключающийся во внедрении технологических средств отвечающих актуальным потребностям современного общества. Развитие информационных технологий и возможность решения с помощью компьютерной техники педагогических задач привели к появлению отдельного класса программного обеспечения – обучающих информационных систем (ОИС).

В рамках ОИС новейшие информационные технологии позволяют переносить в виртуальную среду всё более трудновоспроизводимые процессы реальной жизни, симулировать сложные системы, имитировать поведение реальных людей искусственными персонажами. При таком стремительном расширении набора задач, которые можно решать с помощью обучающего программного обеспечения, одним из перспективных направлений развития и повышения эффективности ОИС является использование преимуществ мультимедийных технологий и возможностей виртуального пространства, но для этого необходимо внедрять и адаптировать проверенные педагогические методики, в частности, методики активного игрового обучения.

Данные методики зарекомендовали себя как надежный и высоко-эффективный способ ощутимо повысить усваиваемость учебного материала как в процессе передачи знаний, так и в процессе контроля над успеваемостью, что особенно важно для комплексных ОИС, в рамках которых часто решаются обе эти задачи. Внедрение игровых технологий в современные автоматизированные системы передачи знаний является одним из ключевых направлений для перевода ОИС на новый, более высокий уровень и позволяет придать процессу компьютерного обучения такие недостающие ему элементы, как творчество, импровизация и эмоциональное напряжение.

Интерес к современным компьютерным игровым технологиям и концепциям игрового обучения постоянно возрастает. Специфика и разносторонность феномена игры, а также сложности его представления в электронной среде раскрывают перед исследователями проблемы описания и эффективного внедрения обучающей игровой ситуации в электронную среду. Таким образом, актуальным становится решение проблем, связанных с поиском, разработкой и стандартизацией форматов представления данных, способных, наряду с описанием процесса обучающей игровой ситуации, предоставить разработчику ОИС возможности варьировать её воздействие на различные аспекты процесса усвоения информации обучаемым.

Интенсивное развитие рынка программного обеспечения в области автоматизированного обучения в начале ХХI века диктует необходимость создания единых, взаимозаменяемых стандартов и унифицированных правил внутреннего и внешнего представления информации. Решение подобных задач является одной из компетенций лингвистического обеспечения информационных систем.

Степень разработанности проблемы. Исследовательское направление, связанное с созданием автоматизированных обучающих систем, находится на стыке разных наук – педагогики, психологии, лингвистики, информационных и технических наук, что обусловлено их интегративной природой. Практически все учебные заведения высшей школы РФ используют в своем арсенале обучающие (деловые) игры или методы активного обучения. В то же время ведутся активные поиски способов увеличения эффективности компьютеризированных обучающих систем, разрабатываются методики создания электронных учебных курсов, в методическом инструментарии которых должны использоваться современные разработки в области педагогики, дидактики и психологии. Наряду с расширением функциональных возможностей подобных систем увеличивается их сложность, поэтому работа ведется также по направлениям, связанным с разработкой структуры системы, выделением отдельных модулей, решающих дидактические задачи таких систем, и их проектирования.

Несмотря на то, что в области разработки игровых обучающих систем и систем с игровой компонентой ведутся исследования как в России, так и за рубежом, но только за редким исключением эти исследования носят системный характер. В основном же игра как метод обучения, рассматривается с точки зрения психологии (Е.И. Машбиц, Д.Б. Эльконин, Л.С. Выготский); культурологии (Н.В. Нестерова, К.Ю. Баннов); философии (В.Д. Шинкаренко, М.Ф. Овсянников); педагогики (Е.Б.Куркин, Д.В. Попов, А.В. Осин, Г.В. Карева, Г.А. Атанов). Игровое компьютерное обучение как таковое рассматривается с точки зрения информатики (Н.П. Садовникова, Р.П. Даркен, С. де Фрейтас), но оно почти не исследуется в совокупности всех изучающих её дисциплин, что является наиболее важным для создания ОИС с игровой компонентой.

Ряд отечественных специалистов, занимающихся исследованиями электронных учебных материалов (З.В. Баяндина, О.В. Зимина), и, в частности, их игровой составляющей (Н.П. Садовникова, Д.А. Байгозин, Ю.М. Батурин, М. Гебель, С.В. Клименко), разработали методики создания электронных изданий по конкретным учебным дисциплинам. Но предложенные методики решают лишь частные задачи отдельных учебных курсов.

В практике высшей школы подобные системы создаются, как правило, группой специалистов-информатиков без привлечения экспертов в области педагогики, психологии, лингвистики. Такой подход негативно сказывается на конечном результате. Создавая игровые обучающие системы, разработчики экспериментально и практически доказали эффективность подобных технологий обучения. Но анализ имеющегося опыта разработок выявил ряд проблем, мешающих активному распространению таких обучающих систем: отсутствие общей методики разработки игровой обучающей системы; отсутствие распределения компетенций между разными специалистами, требующимися для создания системы; недостаточная модульность и адаптивность, в связи с отсутствием типовой функциональной архитектуры.

Объект исследования. Игровые обучающие информационные системы и обучающие системы с игровой компонентой.

Предмет исследования. Лингвистическое обеспечение игровой компоненты обучающей информационной системы.

Целью диссертационной работы является разработка информационной лингвистической модели описания игровой ситуации, направленной на решение ряда педагогических задач.

Задачи диссертационного исследования:

исследовать типологию игровых ОИС и возможности их применения в профессиональном образовании;
проанализировать особенности функциональных архитектур существующих игровых ОИС;
определить функции и состав лингвистического обеспечения игровой обучающей информационной системы;
разработать концептуальную модель игровой компоненты ОИС, формализовать её функции в рамках лингвистического обеспечения системы;
произвести экспериментальную проверку разработанной модели.

Методологической базой исследования явились основные положения теории информации и информационных процессов, теории экспертных оценок, а также теории автоматизированных систем. В целях всестороннего изучения проблемы разработки информационной лингвистической модели описания игровой компоненты ОИС были использованы научные труды отечественных и зарубежных специалистов по информационным технологиям, материалы периодических научных изданий, а также труды психологов, педагогов и других специалистов занимающихся проблемами разработки ОИС.

Методы исследования. Для решения поставленных задач и проверки рабочих гипотез в исследовании использован комплекс теоретических методов и методик, адекватных природе изучаемого объекта:

методы системного анализа, которые использовались на этапе идентификации проблемной области и определения ее актуальности, постановки целей и выработки решений;
методы терминологического анализа, которые использовались при комплексном изучении различных научных трудов по проблеме исследования;
методы алгоритмизации и программирования, используемые для описания объектов разрабатываемой модели;
методы эмпирического исследования (анкетирование) для получения данных о функционировании модели игровой компоненты ОИС;
методы статистической обработки результатов экспериментального исследования.

Научная новизна исследования заключается в постановке и решении проблемы создания лингвистической модели описания игровой компоненты ОИС, впервые ставшей предметом исследования, в ходе которого:

на основе анализа современного состояния разработки игровых обучающих информационных систем выявлены проблемы, препятст-вующие их развитию и внедрению в практику вузов (отсутствие общей методики разработки ИОИС; отсутствие распределения компетенций между специалистами, участвующими в разработке; отсутствие типовой функциональной архитектуры системы);
предложены пути решения выявленных проблем проектирования ИОИС с помощью разработки концептуальной модели ИОИС, включающей в себя совокупность лингвистических средств, объединенных общей структурой и способами описания;
в рамках концептуальной модели обоснованы подходы к процессу проектирования ИОИС, интегрирующие компетенции специалистов из разных областей (педагогов, психологов, лингвистов, дизайнеров, специалистов по проектированию интерфейсов и т.д.);
сформулированы в рамках концептуальной модели ИОИС подходы к подготовке учебного материала для решения ряда дидактических задач.

Положения, выносимые на защиту:

1. Одним из перспективных путей повышения качества образовательного процесса должно стать применение игровых технологий обучения, поскольку игры (деловые, компьютерные, дидактические, коммуникативно-деятель-ностные и др.) позволяют организовать творческое взаимодействие педагога и обучающихся, способствуя их развитию и самореализации.

2. Игровые технологии обучения могут быть реализованы в игровой обучающей информационной системе – ИОИС – автоматизированной обучающей системе, которая в процессе игрового взаимодействия с пользователем в явной или скрытой форме осуществляет процесс обучения, используя активные и игровые методы обучения. ИОИС характеризуется высокой мультимедийностью и преобладанием интерактивных способов передачи и закрепления учебного материала.

3. Для создания и эффективного функционирования ИОИС необходимо распределение полномочий между специалистами различных областей знания (педагогика, информатика, лингвистика, психология, дизайн) в процессе проектирования и реализации систем. Для этих целей необходимо использование предлагаемой лингвистической модели описания игровой ситуации, позволяющей тиражировать созданные игровые взаимодействия при создании других ИОИС иной тематики.

4. Основными компонентами ИОИС, позволяющими реализовать методы игрового обучения, являются:

программные алгоритмы, обеспечивающие функционирование системы;
структурированный по предлагаемой схеме учебный материал, включающий в себя методы контроля уровня знаний и подразумевающий возможность внедрения мультимедийных учебных единиц;
лингвистический комплекс средств структурирования и метаописания данных, обеспечивающий совместное функционирование компонентов системы.

5. Информационно-лингвистическая модель, на основе которой осуществляется структурирование, описание и кодирование учебного материала для ИОИС, содержит:

формат описание учебных единиц;
формат описания дидактических методик;
формат описания сценария обучения.

6. Концептуальная модель игровой ОИС должна включать следующие функциональные подсистемы:

подсистему игровой ситуации;
дидактическую подсистему;
технологическую подсистему.

Теоретическая значимость работы заключается в сформулированных в результате исследования подходах к созданию лингвистического обеспечения игровой обучающей информационной системы, которые могут стать основой для создания подобных систем в целом и изучения их работы с точки зрения педагогики, психологии и информатики.

Сформулирована концепция создания игровых обучающих систем с точки зрения их лингвистического обеспечения.

Уточнены следующие понятия в рамках профессионального обучения в сфере высшей школы:

игровая обучающая информационная система;
лингвистическое обеспечение игровой обучающей информационной системы;
игровая обучающая ситуация в информационной системе.

Практическая значимость работы заключается в разработке концептуальной модели лингвистического обеспечения, которая может быть использована как основа для создания игровой ОИС или может войти в состав лингвистического обеспечения обучающих систем сопровождения учебного процесса в вузах, а именно:

структура описания дидактических единиц в электронных учебных курсах, предусматривающая возможность обращения к ним из подсистем, использующих методы игрового обучения;
модульная структура представления и метаописания электронных учебных курсов, выделяющая задачи, решаемые разными областями педагогики, в отдельные функциональные части ИОИС.

Практическая ценность результатов диссертационного исследования заключается в том, что ИОИС получают возможности:

использовать в процессе подачи учебного материала набор методов игрового обучения;
производить настройку процесса обучения с целью решения различных педагогических задач, опираясь на модульный принцип внутреннего представления учебного материала и описания игровых обучающих ситуаций;
делегировать полномочия по разработке отдельных частей системы соответствующим специалистам.

Предлагаемая функциональная структура ИОИС позволяет:

специалистам, занимающимся решением педагогических задач, принимать участие в разработке системы на всех этапах её создания, не владея спецификой программно-технической реализации;
адаптировать систему с учетом меняющихся педагогических задач и специфики материала, аудитории, целей обучения;
настраивать игровую ситуацию безотносительно к программно-технической реализации игры и её дидактическим задачам;
использовать педагогические наработки и решения, созданные в рамках одной ИОИС, в качестве компонентов для других систем.

Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургского государственного университета культуры и искусств, что подтверждено соответствующими документами. Материалы и выводы диссертации используются при чтении лекций по курсу «Анимационное проектирование», «Высокоуровневые методы информатики и программи-рования», «Проектирование ИС» на факультете информационных технологий СПбГУКИ.

Внедрение методик игрового обучения в современные автоматизированные системы передачи знаний является одним из ключевых направлений для перевода ОИС на новый, более высокий уровень.

Материалы и выводы диссертации могут быть использованы при:

проектировании и разработке архитектуры игровой ОИС и обучающей ИС с игровой подсистемой;
создании электронных учебных курсов, в т.ч. мультимедийных;
исследованиях, связанных с игровым обучением, и обучением, основанном на компьютерных играх;
проведении лекционных и практических занятий по общим и специальным курсам по информатике, прикладной лингвистике и дизайну игрового взаимодействия (game-design).

Апробация исследования. Основное содержание диссертации изложено в 7 публикациях по теме диссертации, общим объёмом 1,23 п. л., в том числе в 3 статьях, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК, а также на научных конференциях:

Научно-практической конференции памяти профессора В.А. Минкиной «Интернет: ресурсы и технологии в гуманитарном образовании» (СПб, 2008);
57-й научной конференции студентов и аспирантов библиотечно-информационного факультета СПбГУКИ, посвященной памяти профессора О. М. Зусьмана (СПб, 2008).
58-й научной конференции студентов и аспирантов библиотечно-информационного факультета СПбГУКИ, посвященной памяти профессора О. М. Зусьмана (СПб, 2009).
59-й научной конференции студентов и аспирантов библиотечно-информационного факультета СПбГУКИ, посвященной памяти профессора О. М. Зусьмана (СПб, 2010).
60-й научной конференции студентов и аспирантов библиотечно-информационного факультета СПбГУКИ, посвященной памяти профессора О. М. Зусьмана (СПб, 2011).

Структура диссертации обусловлена логикой исследования темы. Её общий объем (183 страницы), состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 135 наименования научных трудов на русском и английском языках и 6 приложений. Диссертация содержит 17 иллюстраций и 5 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, проанализирована степень изученности проблемы, сформулированы цели, задачи и методологические принципы исследования, показана новизна, выявлены теоретическая и практическая значимость работы, а также представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертационного исследования «Современное компьютерное обучение» раскрыта специфика современного компьютерного обучения в практике вуза, выявлена роль обучающих информационных систем и степень использования в их рамках игровых методов обучения.

Передача знания в современном обществе требует все большей наглядности и соответствующих способов распространения. Новые тенденции в мировой образовательной практике предусматривают такой характер образования, который позволяет учитывать возможности каждого конкретного человека и способствовать его самореализации и развитию. Это стало осуществимо благодаря разработке образовательных программ в соответствии с индивидуальными возможностями учащихся. Одним из самых важных факторов в этом направлении развития образования является формирование у учащихся навыков к обучению, умений самостоятельной творческой познавательной деятельности с использованием современных и перспективных средств информационных технологий. Эти задачи могут быть решены благодаря применению игровых технологий обучения, так как игры (деловые, компьютерные, дидактические, коммуникативно-деятельностные и др.) позволяют эффективно организовать творческое взаимодействие педагога и обучающихся, создают условия для формирования личностных качеств, необходимых для подобной познавательной деятельности. Таким образом, творческо-поисковая деятельность становится более эффективной, когда ей предшествует воспроизводящая и преобразующая деятельности, в процессе которых обучаемый усваивает методы и приемы дисциплины.

Отечественные и зарубежные ученые раскрыли сущность феномена игры, выявив его педагогическое значение. Это дало возможность их последователям рассматривать игру с точки зрения её дидактической полезности, что и стало основой современного игрового обучения и его методов.

В одном ряду с неоспоримыми преимуществами электронного хранения информации и удобствами доступа к ней выявляется также и ряд проблем, связанных со спецификой человеко-машинного взаимодействия. Решая проблемы хранения, кодирования и доступа к информации в рамках электронных учебных курсов, их разработчики не уделяют должного внимания всему спектру педагогических задач, которые необходимо учитывать для качественного обучения. Во много это связано с тем фактом, что создание электронных учебных курсов и обучающих информационных систем - молодое направление деятельности, которое регулируется только общими стандартами, применяемыми к электронным изданиям.

Исследования восприятия информации при самостоятельном обучении выявили тот факт, что традиционные, широко используемые формы представления информации, такие как печатные книги, учебно-методические пособия и их электронные версии, применяющие гипертекстовые и мультимедийные технологии, во многом переносят работу по выделению и донесению до обучаемого смыслового содержания информации на самого обучаемого. То есть в рамках взаимодействия с такими источниками информации обучаемый, не имея необходимых компетенций, переносит на себя часть функций в классической модели ученик-преподаватель, принадлежащих преподавателю, что отрицательно влияет на качество обучения.

Одним из вариантов устранения данной проблемы является использование в рамках информационных систем зарекомендовавших себя в традиционном обучении методов, в частности методов игрового обучения. Кроме того, качественная интеграция данных методов в обучающие информационные системы позволит заметно повысить общую эффективность их использования.

Для того, чтобы понять ситуацию в области игровых обучающих информационных систем в высшем образовании, произведен анализ различных систем в этой области («Цифровая лаборатория геномики», «Пульс», «Интерактивный тренажер травмпункта», «Революция» и другие), рассмотрен спектр педагогических проблем, которые они решают, проанализированы примеры использования в них новейших технологий, выявлены технические особенности реализации обучающей функции в подобных системах. Анализ специфики функционирования рассмотренных систем выявил проблему отсутствия удобных средств влияния на процесс проектирования, эксплуатации и обновления системы со стороны педагогов, основанную на особенностях технической реализации подобных систем.

Рассмотрены и проанализированы технические сложности связанные с переносом в среду ИС такого явления как игра. Трудность такого переноса обусловлена наличием в игре психологических, культурных и прочих трудно моделируемых аспектов. Добавление к этому явлению обучающей функции создает ситуацию, когда разработчик программной реализации вынужден не только разрабатывать уникальные алгоритмы действия программы, но создавать свою, подходящую только данным алгоритмам структуру описания игровой ситуации.

Подобное описание в среде разработчиков игрового ПО, наряду с задачами передачи актуальной графической информации и разработок в области искусственного интеллекта компьютерного оппонента, считается одной из самых сложных задач. Это происходит из-за того, что она наиболее сложно поддается стандартизации, но при этом является ключевой для настройки игрового взаимодействия. Подобная структура отвечает за гибкость игровой ситуации и возможности её настройки без вмешательства в математические алгоритмы программы. Именно эти факторы наиболее важны, когда речь идет об обучающей игровой системе, в рамках которой планируется решать различные педагогические задачи.

Разработка лингвистической модели обучающей игровой ситуации в рамках устоявшейся архитектуры игрового ПО позволит использовать наработки в области интерактивных развлечений для решения педагогических задач, а также четко определить компетенции специалистов, отвечающих за их решение в рамках разработки игровых ОИС.

Подчеркивается необходимость разделения полномочий между различными специалистами в процессе проектирования, создания и эксплуатации системы, были выделены общие логические структурные элементы, отвечающие за различную функциональность системы:

данные игры – вся совокупность данных, используемых в рамках игры, в том числе и учебный материал;
логика игры – модуль, обеспечивающий функциональность системы с точки зрения игровой логики (правила игры, фазы игры, образ действий);
технологические модули – модули, отвечающие за специфическую техническую функциональность игрового ПО:
- игровая графика,
- физика,
- искусственный интеллект,
- аудиосистема,
- сетевая система,
- пользовательский интерфейс.

Уточнены понятия лингвистического обеспечения ИС, рассмотрена важность языков разметки в этой области. Развитие этих языков разметки и метаописания будет определять перспективы и возможности применения языковых средств в различных информационных системах, а, в частности, и в игровых ОИС. Выявлен ряд актуальных задач, решение которых повысит общую эффективность проектирования, создания и эксплуатации игровых обучающих систем:

• задачи педагогически компетентного внедрения учебного материала в игровую ситуацию;

• задачи создания удобных средств влияния на процесс проектирования, эксплуатации и обновления игровой обучающей системы.

Решение данных задач производится с использованием лингвистического обеспечения информационных систем. В качестве технологической базы для лингвистических средств выбрана технология разметки (tagging);

В выводах к первой главе отмечено, что:

В современной педагогической практике широко используются методы игрового обучения, которые характеризуются их исследователями как одни из наиболее эффективных благодаря специфике феномена игры, лежащего как в их основе, так и в основе многих аспектов человеческой деятельности.
Использование информационных технологий в учебном процессе по ряду исторических и социальных причин стало неотъемлемой частью высшей образовательной школы.
Одним из наиболее эффективных направлений является создание обучающих игровых систем, комбинирующих в себе развлекающие функции феномена игры с решением педагогических задач.
Отсутствие общей методологии разработки обучающих игровых систем приводит к значительному усложнению их эффективного создания. Необходимо наметить пути для создания подобной методологии.
Сложность моделирования феномена игры в рамках ИС и отсутствие устоявшейся функциональной архитектуры игровых ОИС приводит к проблемам грамотного разделения компетенций между специалистами по проектированию игры и специалистами по педагогике. Также не определены роли для других специалистов, чье участие необходимо для создания таких систем (психологов, специалистов по пользовательскому интерфейсу).

Во второй главе диссертационного исследования «Игровая обучающая информационная система» описывается процесс разработки лингвистического обеспечения, адекватно решающего поставленные задачи, а также проведен анализ его ключевых, системообразующих факторов. Результаты этого анализа дали основу для выделения ключевых модулей лингвистического обеспечения. Подобный подход учитывает специфику феномена игры и его способность решать педагогические задачи, которые ставит перед игровыми методами обучения современная педагогика.

В целях определения блоков и параметров игровой составляющей концептуальной модели лингвистического обеспечения формализованы общие параметры игры как социального явления, а затем, рассмотрена специфика конкретного типа игр, возникающих в рамках игрового обучения с использованием информационных систем.

В процессе определения ключевых блоков игровой подсистемы проанализированы труды исследователей-педагогов, затрагивающих в своих работах феномен игры, рассмотрены предложенные ими определения и классификации с целью выделения общих черт описываемого объекта. Предложена собственная классификация компьютерных игр, как родительских по отношению к игровым ОИС. Исходя из представленных определений и классификаций, выделены ключевые параметры для модели лингвистического обеспечения обучающей игры. Учитывая данные параметры, а также анализируя информационные системы, рассмотренные в предыдущей главе, нами сделан вывод, что реализуемая в рамках информационных систем обучающая игра должна состоять из следующих частей, объединенных взаимосвязями:

среда;
объекты участвующих в игре (в том числе игрок);
критерии победы/поражения;
степени свободы;
фазы игры;
сценарий игры;
педагогические задачи;
сценарий обучения.

Интеграция с электронными средствами обучения и в частности с мультимедийными учебно-методическими комплексами (МУМК) является одним из важных факторов успешного использования ИОИС в практике высшего образования. В настоящее время, МУМКи, являются наиболее перспективным средством поддержки и обеспечения процесса образования. В связи с этим требования к разрабатываемому лингвистическому обеспечению сформированы таким образом, чтобы давать возможность включения в обучающую игровую ситуацию учебных единиц из внешних источников, в том числе из сформированных определенным образом МУМКов. В то же время ИОИС и материал, которому она должна обучать, разработанные с использованием проектируемого лингвистического обеспечения, должны быть сформированы по правилам предъявляемым к МУМК для возможности их взаимной интеграции.

Концептуальная модель ИОИС разработана с целью реализовать в рамках компьютерного обучении широко используемые в современной педагогике методы игрового обучения. В области разработки подобных систем в настоящее время отсутствуют общепринятые архитектуры и методики проектирования, что приводит к усложнению процесса создания подобных систем, отсутствию четкого разделения задач у их разработчиков, а также невозможности использовать результаты создания одних систем для ускорения разработки новых. Таким образом, основными условиями при проектировании модели системы была попытка решения данных задач.

ИОИС состоит их следующих структурных элементов:

Технологическая подсистема;
Игровая подсистема;
Дидактическая подсистема;
Подсистема статистики игровых обучающих сессий.

Технологическая подсистема представляет весь спектр математических алгоритмов, необходимых для непосредственного функционирования ИОИС как информационной системы. Данная подсистема решает задачи, не касающиеся описания игрового процесса и решения дидактических задач, а именно:

обеспечение работы системы с точки зрения программно-аппаратного взаимодействия;

предоставление механизмов вывода различных типов данных: текстовых, графических, аудио-визуальных;

осуществление возможности ввода данных, предоставление пользовательского интерфейса;
предоставление, в случае необходимости, функций искусственного интеллекта;
осуществление, в случае необходимости, сетевых функций.

Описание принципов функционирования данной подсистемы и реализация её частных функций не относятся к компетенции лингвистического обеспечения. Важен тот факт, что в рамках предлагаемой концептуальной модели функции, относящиеся к различным компетенциям программирования, выносятся в отдельную подсистему.

Игровая подсистема, используя языки структурирования и метаописания данных, обеспечивает контроль над всеми аспектами протекания непосредственно игрового процесса, учитывая необходимость внедрения в этот процесс дидактических задач. Использование данной подсистемы относится к компетенции специалистов по разработке игрового взаимодействия (англ. gameplay designers) и педагогов, сведущих в игровых методах обучения.

Дидактическая подсистема реализует функции представления и структурирования учебного материала, а также описания дидактических методик, благодаря которым этот материал может быть подан с использованием различных приемов обучения.

Игровая подсистема представляет собой модель описания различных игровых процессов и ситуаций, используемых в ИОИС. В рамках этой подсистемы описывается геймпле́й (англ. gameplay) - совокупность игровых методов взаимодействия игровой ситуации с обучаемым игроком. Выделяются участники игрового процесса, правила игры, описывается игровой процесс, а также уточняются принципы их алгоритмического описания.

Дидактическая подсистема - модель описания различных дидактических процессов, используемых в рамках ИОИС, а также модель представления учебного материала. Эта подсистема отвечает за использование педагогических приемов, дидактических методик и структурирование учебного материала и делится на 3 смысловых блока:

блок учебного материала;
блок методик обучения;
блок сценариев обучения.

Данная подсистема предназначена исключительно для компетенций специалистов-педагогов. Концепция подобного функционального разделения элементов позволяет решать задачи обучения на разных уровнях, формируя отдельные области для работы методистов, дидактов и непосредственно педагогов, использующих разработанную на основе данной концептуальной модели систему в образовательном процессе.

В целях подтверждения целесообразности использования разработанной модели и форматов было произведено теоретико-прикладное исследование, которое являлось частью общего научного замысла и выполнялось в рамках общей исследовательской программы данной диссертационной работы.

Исследование было разделено на две части - предварительную и основную. Предварительная часть исследования проводилась на этапе определения проблемного поля, то есть до формирования окончательных характеристик разработанной концептуальной модели и форматов, и использовалась в качестве инструментов выявления скрытой проблематики в области разработки и эксплуатации ИОИС, а также для корректировки группы экспертов участвующих в основной части исследования.

Основная часть исследования представляет собой анонимный письменный опрос экспертов ввиду особенности выбранного метода организованный в два этапа. Целью первого этапа исследования является выделение наиболее значимых возможностей разработанной модели и форматов для специалистов, непосредственно занятых в процессе создания и эксплуатации ИОИС (педагогов, технических специалистов, дизайнеров, проектировщиков игрового взаимодействия). Второй этап направлен на прогнозирование значимости совокупного использования выделенных на первом этапе целевых возможностей для повышения эффективности создания и эксплуатации ИОИС. На проведение каждого из этапов исследования было выделено десять дней (по причине территориально разобщенности экспертов и невозможности более оперативного получения заполненных анкет), в течение которых происходила отправка анкет экспертам, их заполнение, обратная пересылка и обработка промежуточных результатов.

Цели теоретико-прикладного исследования:

• Выявление базовых закономерностей в процессе проектирования ИОИС на основе предложенной концептуальной модели и разработанных форматов представления данных (теоретическая составляющая цели).

• Доказательство целесообразности использования разработанной концеп-туальной модели и форматов путем оценки уровня потенциальной значимости их возможностей для разработчиков ИОИС в частности и для повышения качества компьютеризированного обучения в целом (практическая составляющая цели).

Были определены следующие задачи исследования:

• выделение ключевых возможностей разработанной модели и форматов;

• проведение системного анализа объекта исследования;

• выведение рабочих гипотез;

• определение метода, техники и методики исследования;

• реализация методики исследования;

• проведение анализа полученных результатов исследования.

По результатам первого этапа было выделено четыре ключевых для целевых групп пользователей характеристики разработанной концептуальной модели и форматов представления данных ИОИС:

• наличие четкого разделения уровня алгоритмической реализации и уровней, отвечающих за логическое описание игровой ситуации, и уровня описания дидактических задач и материалов;

• наличие единых четких правил описания игрового процесса, дидактических сценариев и их объектов;

• независимость формата описания учебного материала, методик и сценариев обучения от реализации конкретной ИОИС;

• простота и логичность формализации учебного материала, основанная на принципе дедукции «от общего к частному».

Анализ статистических результатов полученных на втором этапе исследования показал, что выделенные ключевые характеристики смогут удовлетворить основным потребностям целевой группы пользователей разработанной концептуальной модели и форматов. Все эксперты сошлись во мнении, что в силу данного обстоятельства использование разработанной концептуальной модели и внедрение предложенных форматов можно считать в достаточной степени мотивированным и целесообразным.

В выводах ко второй главе отмечено, что:

1. Разработанная концептуальная модель ИОИС предоставляет возможности использования методик игрового обучения в рамках обучающих ИС. Для этого были разработаны форматы внутреннего представления:

• игровой ситуации;

• дидактических задач;

• учебного материала.

2. Формат представления учебного материала разработан с учетом возможной интеграции с иными электронными средствами обучения, в частности, с МУМК.

3. Архитектура, заложенная в основу концептуальной модели, предполагает четкое разделение компетенций между специалистами различного профиля, что подразумевает ускорение процесса разработки системы, использующей данную концептуальную модель, а также возможность отчуждения отдельных частей системы для повторного их использования.

4. На базе разработанных форматов внутреннего представления игрового процесса, дидактических задач и учебного материала возможно создание программных средств визуального проектирования игровых приложений и учебных курсов.

5. Результаты проведенного теоретико-прикладное исследования под-твердили целесообразность внедрения предложенной модели и форматов в практику разработки ИОИС. Данное исследование позволило ранжировать ключевые возможности и свойства разработанной модели и форматов с целью выделения тех из них, на которые ощущается спрос у авторов современных автоматизированных обучающих систем. Также исследование показало что:

• разработанная модель и форматы могут положительно повлиять на тенденции в разработках игровых обучающих систем, что может повести за собой появление большего их количества и внедрения в учебный процесс вузов;

• использование данной модели означает снятие одной из основных проблем, выявленных в результате предварительных опросов экспертов, а именно, проблемы недостаточного участия педагогов в процессе создания ИОИС и отсутствие удобных способов настройки системы под различные педагогические задачи в процессе эксплуатации системы.

Описание и выявление различных игровых ситуаций и дидактических задач в рамках созданной концептуальной модели доказывает возможность переноса в информационную обучающую систему принципов игрового обучения, а также возможности проектирования удобных инструментов влияния на данный вид обучающих систем со стороны педагогов.

Заключение диссертации содержит выводы и результаты исследования.

Современные информационные технологии позволяют виртуализировать сложные процессы реальной жизни, в связи с этим перспективным направлением становится использование этих технологий в образовательном процессе. Одним из направлений использования этих технологий является создание и применение ИОИС. В представленной работе рассмотрены различные вопросы, связанные с проектированием этих систем. В частности, в исследовании рассмотрены вопросы переноса методик игрового обучения в ОИС, а также связанные с этим процессом проблемы и трудности и предложены пути их решения.

Игровое автоматизированное обучение представляет собой высоко-эффективный способ значительно повысить усвояемостью материала за счет наглядности, разнообразия в формах подачи материала, новых соревновательных инструментов контроля, использование мультимедиа, интерактивности, новейших программных и аппаратных технологий, таких как симуляция физических законов, технологии расширенной и виртуальной реальности и т. д. Игровые ОИС, основываясь на феномене игры, дают возможность внести в компьютеризированное обучение такие факторы, как азарт, увлечение процессом, непроизвольная концентрация на предмете, соревновательный момент, увлечение и другие положительные аспекты, присущие игре как обучающему процессу.

При проведении исследования, было выяснено, что для того, чтобы решить ряд проблем, возникающих в процессе создания ИОИС, необходимо создание модели лингвистического обеспечения для описания игрового процесса и дидактических задач ИОИС. Разработка этой модели является одной из целей представленной работы. В процессе достижения данной цели был решен ряд задач, связанных с разработкой специфических форматов внешнего и внутреннего представления данных и выделения новых подходов к концепциям создания ИОИС.

Основные результаты представленной работы:

Произведен анализ влияния технологизации на процесс образования в высших учебных заведениях. Выявлен разрыв между уровнем развития информационных технологий в области передачи информации (средства мультимедиа) и уровнем использования этих технологий в обучающих информационных системах. Обозначены направления развития обучающих информационных систем заключающиеся в применение игровых технологий обучения.
Проведен анализ использования в современной педагогической практике методов игрового обучения, выявлена специфика использования этих методов в высшей школе и предпосылки перевода этих методов в среду информационных технологий. Выявлено отсутствие общей методологии разработки обучающих игровых систем и связанные с этим проблемы в разделении компетенций между специалистами-разработчиками. Усиление должного внимания к данной проблеме позволит избежать ряда существенных недостатков, присущих некоторым современным ИОИС, и увеличить эффективность их использования.
Проведен анализ существующих ИОИС. Определены основные факторы, оказавшие наибольшее влияние на развитие игрового обучения. Про-анализированы варианты возможного применения игровых систем в обучении. Проведен анализ современных подходов к созданию игрового ПО и ИОИС, в частности.
Выработаны критерии оценки ИОИС, характеризующие систему с различных точек зрения и позволяющие проводить комплексную оценку качества её исполнения. Выделены следующие группы критериев, отвечающих за различные аспекты процесса эксплуатации системы:

техническая реализация;
содержание;
игровая составляющая.

Разработана концептуальная модель ИОИС, решающая средствами лингвистического обеспечения проблемы распределения полномочий между специалистами различных областей знания во время разработки и позволяющая использовать разработанные игровые взаимодействия повторно при создании новых ОИС на другие темы. Для решения таких задач разработанная концептуальная лингвистическая модель разделена на отдельные подсистемы, отвечающие за ключевые аспекты функционирования системы:

игровая подсистема;
дидактическая подсистема;
технологическая подсистема.

Игровая и дидактическая подсистемы описаны в виде алгоритмических кодов. Алгоритмические коды полностью готовы к использованию и имеют потенциал для создания на их основе визуальных средств проектирования ИОИС, что значительно ускорит процесс подготовки учебного материала. Создание подобных средств – одно из приоритетных направлений исследований в данной области.

Обосновано использование подобного структурного деления ИОИС, которое в случае унификации позволит:

специалистам, занимающимся решением педагогических задач, принимать участие в разработке системы на всех этапах её создания, минуя особенности технической реализации;
настраивать систему с учетом меняющихся педагогических задач, принимая во внимание специфику материала, аудитории, целей обучения, в т.ч. с использованием техник адаптации;
предоставить разработчикам игровых взаимодействий возможность настраивать игровую ситуацию безотносительно к технической реализации игры и её дидактическим задачам;
использовать удачные педагогические наработки и решения, созданные в рамках одной подобной системы в рамках других систем.

Разработанные форматы внутреннего представления данных полностью готовы к внедрению и в комплексе с разработанной концептуальной моделью могут выступать в качестве основы лингвистического обеспечения ИОИС для проектирования, создания и поддержки обучающих ИС нового поколения.
Список работ, опубликованных по теме диссертации:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

Яковлев, К. С. Лингвистическое обеспечение современных игровых обучающих информационных систем. Обзор технологических возможностей и предъявляемых требований / К. С. Яковлев // Глобальный научный потенциал. – 2011. – № 9. – С. 46-48.
Яковлев, К. С. Методики игрового обучения в информационных системах /К. С. Яковлев // Перспективы науки. – 2011. – № 9. – С. 125-127.
Яковлев, К. С. Лингвистическая модель обучающей информационной системы /К. С. Яковлев // Перспективы науки. – 2011. – № 10. – С. 85-87.

Другие публикации:

Яковлев, К. С. Моделирование игровых ситуаций в профессиональном обучении / К. С. Яковлев // Материалы 57-й научной конференции аспирантов и студентов / С.-Петербург. гос. ун-т культуры и искусств ; отв. ред. В. В. Головин. – СПб., 2009. – С. 64-65.
Яковлев, К. С. Игровые обучающие информационные системы : обзор технологий / К.С. Яковлев // Материалы 58 и 59 научной конференции аспирантов и студентов. – СПб., 2011. – С. 5-7.
Яковлев, К. С. Разработка лингвистической модели обучающей игровой ситуации для ИС / К. С. Яковлев // Материалы 58 и 59 научной конференции аспирантов и студентов. – СПб., 2011. – С. 8-9.
Яковлев, К. С. Технические аспекты реализации игровой ситуации в игровых обучающих системах / К. С. Яковлев // Материалы 60-й научной конференции аспирантов и студентов.– СПб., 2012. – C. 136-139.