Рождение образовательного ПО и его история: от механических машин до первых компьютеров

Сегодня образовательное программное обеспечение представляет собой набор приложений для развития определенных навыков у студентов. Но впервые такие системы появились более ста лет назад — инженеры и изобретатели проделали долгий путь от несовершенных механических «образовательных машин» до первых компьютеров и алгоритмов. Расскажем об этом подробнее.

Фото: crabchick / CC BY

Первые опыты — удачные и не очень

Свое начало образовательное программное обеспечение берет в конце XIX века. На протяжении долгого времени главным источником знаний оставались наставники и книги. Образовательный процесс отнимал у учителей слишком много времени, а результаты порой оставляли желать лучшего.

Успехи промышленной революции привели многих, как тогда казалось, к очевидному выводу: можно обучать студентов быстрее и эффективнее, если заменить преподавателей механическими учебными машинами. Тогда образовательный «конвейер» позволит готовить специалистов с меньшими временными затратами. Сегодня попытки механизировать этот процесс выглядят наивными. Но именно этот «образовательный стимпанк» стал основой современных технологий.

Первый патент на механическое устройство для изучения грамматики получил в 1866 году американец Алкион Скиннер (Halcyon Skinner). Машина представляла собой коробку с двумя окошками. В одном из них ученик видел рисунки (например, лошадь). Во втором окне при помощи кнопок он набирал название объекта. Но система не исправляла ошибки и не выполняла проверку.

В 1911 году устройство для обучения арифметике, чтению и правописанию запатентовал психолог Герберт Остин Эйкинс (Herbert Austin Aikins) из Йельского университета. Ученик комбинировал три деревянных блока с фигурными вырезами в специальном деревянном футляре. На этих блоках изображались, например, элементы простого арифметического примера. Если фигуры подобраны правильно, то в верхней части плашек формировался правильный ответ (рис.2).

В 1912 году основу для новых и более успешных автоматизированных методов обучения заложил американский психолог Эдвард Ли Торндайк (Edward Lee Thorndike) в книге «Образование». Он считал основным недостатком учебников тот факт, что студенты предоставлены сами себе. Они могут не обратить внимания на важные моменты или, не усвоив старый материал, перейти к изучению нового. Торндайк предложил принципиально иной подход: «механическую книгу», в которой следующие разделы открывают только после того, как предыдущие должным образом пройдены.

Фото: Anastasia Zhenina / Unsplash.com

В объемном труде Торндайка описание устройства занимало меньше страницы, свои соображения он никак не детализировал. Но этого хватило, чтобы в 1924 году профессор университета Огайо Сидни Пресси (Sidney Pressey), вдохновленный работой психолога, сконструировал систему для обучения — Automatic Teacher. На барабане машины ученик видел вопрос и варианты ответа. Нажав на одну из четырех механических клавиш, он выбирал правильный. После барабан прокручивался и устройство «предлагало» следующий вопрос. Кроме того, счетчик отмечал количество верных попыток.

В 1928 году Пресси получил патент на изобретение, но реализовал идею Торндайка не в полном объеме. Automatic Teacher не мог обучать, но позволял быстро протестировать знания.

Вслед за Сидни Пресси конструировать новые «обучающие машины» начали многие изобретатели. Они объединяли опыт XIX века, идеи Торндайка и технологии нового столетия. До 1936 года в США выдали 700 различных патентов на «обучающие машины». Но позже началась Вторая мировая война, работы в этой области приостановили и существенных достижений пришлось ждать почти на 20 лет.

Машина для обучения Фредерика Скиннера

В 1954 году профессор Кембриджского университета Беррес Фредерик Скиннер (Burrhus Frederic Skinner) сформулировал основные принципы изучения грамматики, математики и других предметов. Концепция стала известна как теория программированного обучения (programmed learning).

Она гласит, что главным компонентом обучающего устройства должна быть строгая программа с элементами для изучения и проверки материала. Сам процесс обучения является ступенчатым — ученик не идет дальше, пока не изучит нужную тему и не ответит на контрольные вопросы. В том же году Скиннер представил «обучающую машину» для использования в школах.

Вопросы печатали на бумажных картах и демонстрировали «покадрово» в специальном окошке. Учащийся набирал ответ на клавиатуре устройства. Если ответ верный, машина пробивала отверстие в карте. Систему Скиннера от аналогов отличал тот факт, что после первой серии вопросов ученик снова получал только те, на которые не смог ответить. Цикл повторялся, пока оставались нерешенные задачи. Таким образом, устройство не только тестировало знания, но и обучало студентов.

Вскоре машину запустили в серийное производство. Сегодня изобретение Скиннера считают первым устройством, в котором удалось сочетать результаты теоретических изысканий в педагогической психологии с технологическими новшествами того времени.

Система PLATO, существовавшая 40 лет

Основываясь на теории программированного обучения, в 1960 году 26-летний инженер Дональд Битцер (Donald Bitzer), только что получивший степень в университете Иллинойса, разработал компьютерную систему PLATO (Programmed Logic for Automated Teaching Operations).

Терминалы PLATO подключались к университетскому мейнфрейму ILLIAC I. Дисплеем для них служил обычный телевизор, а на клавиатуре пользователя имелось всего 16 клавиш для навигации. Студенты университета могли изучать несколько тематических курсов.

Фото: Aumakua / PD / Клавиатура PLATO4

Первая версия PLATO была экспериментальной и имела существенные ограничения: например, возможность работать с ней одновременно двум пользователям появилась только в 1961 году (в обновленной версии PLATO II). А в 1969 году инженеры представили специальный язык программирования TUTOR для разработки не только учебных материалов, но и игр.

PLATO совершенствовалась, и в 1970 году университет Иллинойса заключил соглашение с компанией Control Data Corporation. Устройство вышло на коммерческий рынок.

Через шесть лет с PLATO уже работали 950 терминалов, а общий объем курсов составлял 12 тысяч учебных часов по многим университетским дисциплинам.

Сегодня систему не используют — её свернули в 2000 году. Однако сама организация PLATO Learning (ныне Edmentum), отвечавшая за продвижение терминалов, разрабатывает учебные курсы.

«Могут ли роботы обучать наших детей»

С развитием новых технологий обучения в 60-е годы началась и критика — в основном в популярной американской прессе. Заголовки в газетах и журналах вроде «Обучающие машины: благословение или проклятие?» говорили сами за себя. Претензии скептиков сводились к трем топикам.

Во-первых, это недостаточная методическая и техническая подготовка учителей на фоне общей нехватки кадров в американских школах. Во-вторых, дороговизна оборудования и малое количество учебных курсов. Так, школы одного из округов потратили $5000 (огромную по тем временам сумму), после чего обнаружили, что для полноценного обучения материалов не хватает.

В-третьих, экспертов беспокоила возможная дегуманизация образования. Слишком много энтузиасты говорили о том, что в будущем учителя будут не нужны.

Дальнейшее развитие событий показало, что опасения были напрасными: преподаватели не превратились в безмолвных помощников компьютеров, стоимость оборудования и ПО снижалась, а количество образовательных материалов — увеличивалось. Но это произошло только в 80-90-е годы XX века, когда появились новые разработки, которые затмили успехи PLATO.

Об этих технологиях мы расскажем в следующий раз.

О чем еще мы пишем на Хабре:

• О направлениях «Фотоника», «Программирование и ИТ» и «Информационная и кибербезопасность» олимпиады «Я — профессионал»
• Что нужно знать об олимпиаде «Я — профессионал»: «Большие данные» и «Робототехника»
• Как «научиться учиться» — улучшаем внимательность
• Запоминать, но не зубрить — учеба «по карточкам»

Источник: habr.com