Рубцов. Игровые компьютерные среды учебного назначения

Игровые компьютерные среды
учебного назначения1

Сейчас многими фирмами (особенно западными) в огромных количествах тиражируются компьютерные развлекательные игры. Ребенок (а подчас этим увлекаются и взрослые) азартно гоняет по экрану корабли, ракеты, фигурки полицейских, стремясь что-либо взорвать, догнать, от кого-либо убежать и т. п. Некоторая польза от таких игр есть. Например, ребенок привыкает к клавиатуре компьютера, развивает быстроту реакции. Некоторые «деловые» игры учат принимать решения, ориентироваться в разных ситуациях. И все же в целом азартные развлекательные игры вредны, поскольку приводят к бездумно-расточительной трате времени.

Вместе с тем существуют компьютерные игры другого плана — развивающие, интеллектуальные. Их роль очень велика [1, 2]. Они направлены на развитие логического мышления, навыков исследовательской работы, творческого потенциала.

В этой статье мы изложим свои взгляды по этой проблеме и расскажем о некоторых компьютерных развивающих играх. Опишем первые четыре игры разработанного авторами пакета компьютерных развивающих игр «Геометрическая комбинаторика». Всего он содержит 6 игр, предназначенных для учащихся младших классов и имеющих своей целью развитие геометрических представлений, а также первоначальное знакомство с понятием площади.

В первой игре пакета «Геометрическая комбинаторика» рассматриваются задачи, связанные с заполнением различных фигур квадратиками. Вначале предлагаются фигурка, имеющая форму перевернутой буквы «Т», и четыре отдельных квадратиков (рис. 1). Довольно нетрудно, мысленно разделив эту фигуру на квадратики, понять, что этими четырьмя квадратиками можно предложенную фигурку

покрыть. Программа составлена так, что первый раз действие производится автоматически, причем текст в нижней части экрана комментирует происходящее. Ребенок знакомится с термином «курсор» (здесь он имеет вид стрелочки) и с его перемещением по экрану при помощи клавиш, на которых обозначены стрелки. Он видит, что можно «захватить» квадратик, подведя к нему курсор и нажав клавишу «пробел», а затем можно переместить захваченный квадратик и (с помощью той же клавиши «пробел») оставить его в нужном месте. Теперь ребенок знает, какими клавишами он может оперировать.

Рис. 1.

Это упражнение несложно, но оно интересно и, главное, позволяет ребенку действовать самостоятельно. Вслед за этим дается первоначальное представление о площади (для фигур, которые можно составить из единичных квадратиков).

Теперь ребенку одна за другой предлагаются несколько фигурок, которые надо заполнять квадратиками. Например, одна фигурка напоминает собачку, а в левой части экрана имеются семь квадратиков (рис. 2). Если мысленно расчленить фигурку на квадратики, то станет понятно, что она как раз составляется из семи единичных квадратиков, то есть заполнение возможно. Следующие фигурки посложнее, причем после выполнения игры с фигуркой идет короткое обсуждение причин, вследствие которых возможно или невозможно составить эту фигурку из заданных квадратиков: надо, чтобы число данных единичных квадратиков было равно площади фигурки (то есть числу квадратиков, на которые можно мысленно расчленить эту фигурку).

Рис. 2.

В конце игры ребенку предлагается самому построить какие-либо фигурки из квадратиков. Это способствует проявлению элементов творчества и конструирования, развивает геометрическую интуицию. Эта игра не очень сложная, но она учит элементам логического рассуждения и геометрическому воображению.

Вторая игра несколько сложнее. Здесь ребенку предлагается составлять фигурки из «кирпичиков» двух видов: квадратиков и их «половинок» — треугольников. При этом ребенок должен сам выбрать, какое число квадратиков и какое число треугольников он хочет взять. Разумеется, треугольников надо взять четное число (0, 2, 4, 6 и т. д.), поскольку из двух треугольников можно составить квадратик. При этом для составления квадратика из двух треугольничков надо один из них повернуть (это осуществляется с помощью обусловленной клавиши). Кроме того, площадь треугольничка равна ¹/₂, а площадь квадратика — 1. Это позволяет подсчитать, сколько можно взять треугольничков и квадратиков (рис. 3). Если выбрано неправильное число треугольничков и квадратиков, постепенно выяснится, что ими заполнить фигуру не удастся (или же останутся лишние «кирпичики»). Все это помогает усвоению понятия площади, а также развитию геометрической интуиции: ребенок должен заранее представить себе, нужно ли треугольничек поворачивать, как прикладывать «кирпичики» друг к другу, сколько их взять и т. д.

Рис. 3.

Заметим, что эта игра допускает (как и другие игры этого пакета) не только индивидуальное, но и коллективное использование. Например, первый играющий указывает количество треугольников, а второй — недостающее число квадратиков. Первый передвигает (поворачивая, если нужно) лишь треугольники, а второй — квадратики. Возможна и конфликтная форма игры: поочередно размещаются

треугольники и квадратики, а тот, кому уже не удается разместить свой элемент, считается проигравшим.

Третья игра, связанная с заполнением фигурок кирпичиками в форме «уголков», более сложна. Она геометрических знаний не требует, но геометрическая интуиция и пространственное представление постепенно развиваются, причем «уголки» требуется поворачивать при прикладывании их друг к другу. Эта игра полезна не только для закрепления понятия площади, но также для развития логических навыков, творческого мышления, сообразительности и геометрической интуиции.

Очень интересно, в частности, заполнение «уголками» фигуры, которая составлена из трех больших квадратов (рис. 4). Так как площадь «уголка» равна 3, а площадь предложенной фигуры равна 12, то ясно, что «уголков» надо 4 штуки. Но чтобы решить, как уложить «уголки» для заполнения этой фигуры, требуется использование поворотов и геометрическое воображение.

Четвертая игра интересна тем, что здесь задаются все более сложные «кирпичики», но сложить из них надо прямоугольник (или квадрат). Ребенок сам должен решить, какой прямоугольник он сможет составить и сколько предложенных «кирпичиков» для этого нужно взять. Заметим, в частности, что из «уголков» (площади 3) можно составить прямоугольники 3×2, 6×2, 6×5, 6×6 (рис. 5). Общий рецепт таков: если каждая из сторон прямоугольника имеет длину не меньше 2, а произведение длин сторон делится на 6, то прямоугольник составить можно. Точно так же, если каждая из сторон имеет длину не меньше 4, а произведение длин сторон делится на 3, прямоугольник составить можно (рис. 6). Других случаев нет. (Здесь за единицу длины принимается сторона маленького квадратика, то есть такого, что «уголок» составляется из трех таких квадратиков).

Заметим, что более сложные «кирпичики» (как, например, на рис. 7) требуют для составления прямоугольников из них хорошо развитого геометрического воображения. Эта часть пакета развивающих игр может быть интересна и для старших школьников. Вообще игры «Геометрической комбинаторики» вызывают интерес у людей разного возраста, даже у взрослых.

Рис. 6.

Рис. 7.

Таким образом, наша гипотеза состоит в том, что в основу проектирования компьютерных игровых сред учебного назначения должен быть положен принцип моделирования деятельности, в которой воссоздаются условия для поиска, отображения в моделях и анализа содержания объекта усвоения. Так, в нашем примере моделируется деятельность, позволяющая ученику осуществить анализ понятия площади. Компьютер выступает при этом в качестве средства моделирования и предметного содержания объектов усвоения, и обобщенных способов действия (определяющих решение задач некоторого класса), и организации совместной содержательной учебной деятельности (типа «обучаемый — группы учащихся», «ученик — ученик», «учитель — ученик»). Существенно при этом также, что компьютер используется в этих учебных ситуациях так же как адекватное средство контроля и оценки действий учащихся, осуществляемых в процессе решения задач. И здесь важны не только накопление сведений о результатах, достигнутых учащимися, и статистическая обработка этих сведений с целью оценки знаний, полученных обучаемым, но также адаптивные функции компьютера, как, например, усложнение

заданий при успешном решении нескольких задач, упрощение заданий при наличии ошибок (с возможным предоставлением повторительных упражнений по ранее не усвоенному материалу («тренажер») и даже имитация изучения психологии обучаемого.

При проектировании учебных компьютерных сред требуется тщательно отбирать рекомендуемый материал. Так, составлению пакета развивающих компьютерных игр предшествовал отбор материала, связанного с первоначальным понятием площади, и его анализ, в результате которого были отобраны рекомендуемые к усвоению учебные действия (составление фигур из квадратиков и других элементов, подсчет числа составляющих частей, мысленное расчленение фигуры на части, комбинаторное мышление — перегруппировка частей, их расположение, развитие геометрического воображения).

Проектирование учебных сред включает в себя выявление и описание области знания, охватывающей конкретный объект изучения, а также определение его элементов и их отношений. Сюда же относится определение типов связей между элементами (возможно, в аксиоматическом описании). Эти связи характеризуют объект как некоторую систему.

Технология разработки компьютерных учебных сред включает в себя определение типа знаковых средств, обеспечивающих реализацию всех связей на дисплее, а также выбор динамического типа моделей, позволяющих изменять, трансформировать и конструировать объект изучения (предметные, графические, знаково-символьные и прочие модели). Сюда же относится определение и описание системы задач, обеспечивающих освоение объекта через его моделирование. Так, в нашем примере кратко описана и система задач (детально разработанных и включенных в пакет игровых программ, описанных в этом примере). При этом проблематика задач выбирается таким образом, чтобы, с одной стороны, исключались или существенно ограничивались эмпирические стратегии поиска («пробы и ошибки»), а с другой — обеспечивалась доступность осуществления средств, способов и приемов решения. Иными словами, в процессе проведения собственной учебной игры должны быть «вскрыты» в обобщенном виде общее отношение,