Введение к работе
Актуальность темы. Современные задачи, возникающие перед наукой и техникой, разработка и использование новых технологий определяют необходимость более гибкой организации образовательного процесса, с тем, чтобы за тот же период обучения подготовить специалистов в области САПР с большим объемом знаний. В этой связи актуальной является задача создания и широкого внедрения в учебный процесс комплексных систем, обеспечивающих автоматизированное проектирование рационального варианта образовательной деятельности на основе эффективного использования методов экспертного оценивания, способствующих реализации принципа системности в обосновании целей и содержания компьютерного обучения и позволяющих оперативно получать необходимую информацию. Применение универсальных и специализированных программных и технических средств позволит существенно сократить время на создание данных систем, улучшит двусторонний контакт между преподавателем и студентом.
В разработанных в настоящее время системах, в зависимости от характера учебных занятий, реализуется один из этапов автоматизации преподавательской деятельности. Таким образом, актуальной является разработка комплексной системы, позволяющей не только автоматизировать процесс обучения и контроля, но, при необходимости, своевременно осуществлять коррекцию учебного материала, т. е. организовывать обратную связь в образовательном процессе, а также уменьшить время на рутинную работу преподавателя. Подобные системы должны обладать гибкой модульной организацией, наличием элементов адаптации к особенностям объекта проектирования и развитыми текстово-графическими процедурами поддержки пользовательского интерфейса.
Таким образом, актуальность диссертационной работы определяется необходимостью разработки математического, алгоритмического и программного обеспечения автоматизированного проектирования рационального варианта образовательного процесса в области САПР на основе использования аппарата экспертного оценивания.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с межвузовской научно-технической программой 12.11 "Перспективные информационные технологии в образовании", х/д НИР 21/95 "Автоматизация образовательной деятельности по подготовке специалистов в области САПР" в рамках единого заказа-наряда Госкомвуза России по направ-,ленкю "Информатизация образования" и одного из основных направле-
ний Воронежского государственного технического университета "Системы автоматизированного проектирования и автоматизации производства".
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка комплекса моделей, процедур и программных средотв, обеспечивающих автоматизированное проектирование рационального варианта образовательной деятельности в области САПР на основе эффективного использования методов экспертного оценивания. В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:
разработка методов и средств оптимизации образовательного процесса как объекта автоматизированного проектирования;
формирование, нз основе использования аппарата экспертного оценивания, комплекса моделей содержания обучения и контроля работы студентов, ориентированных на подготовку специалистов в области САПР;
разработка алгоритмических процедур формирования основных компонентов образовательной деятельности с использованием экспертной информации;
создание программных средств, обеспечивающих автоматизированное проектирование образовательного процесса;
апробация подсистемы автоматизации преподавательской деятельности при формировании структуры обучения в области САПР.
Методы исследования основываются на методах дискретной оптимизации, экспертного оценивания, теории графов, кластерном анализе, аппарате вычислительной математики, на экспериментальных исследованиях. При разработке программных средств использовались методы модульного программирования и технологии программирования.
Научная новизна. Основные результаты диссертации, выносимые на защиту и имеющие научную новизну, заключаются в следующем:
предлагается подход к формированию структуры образовательного процесса в области САПР, позволяющий получить максимальные результаты при минимизации необходимых в конкретных условиях затратах времени и усилий, отличающийся возможностью построения процесса обучения таким образом, при котором при заданных начальном уровне знаний, времени обучения и объеме информации (определяемых ГОС, но изменяемых в известных пределах путем надлежащего выбора учебных объектов и учебных элементов и рациональной последова-
тельности их изложения) достигается максимальное качество знаний и навыков;
разработана модель автоматизированного проектирования содержания обучения, основанная на использовании аппарата экспертного оценивания, дающая возможность получать, учитывая требования последовательности, логичности, оптимальную последовательность обучения, отличающаяся иерархической структурой, при этом, ранжирование элементов на определенных уровнях иерархии, осуществляется посредством группирования их в кластеры, что позволяет снизить число экспертных сравнений и является более эффективным чем обработка всех элементов совместно;
разработана модель контроля работы обучающихся, характеризующаяся использованием для организации контроля и последующей оценки качества знаний шкалы, построенной на объективной основе возможный уровней деятельности человека и дающей возможность достаточно определенно характеризовать успешность обучения;
на основе эффективного использования аппарата экспертного оценивания разработаны алгоритмические процедуры автоматизированного проектирования основных компонент образовательной деятельности, характеризующиеся организацией обратной связи, которая позволяет, во-первых, строить адаптивную программу обучения, во-вторых, своевременно осуществлять коррекцию действия преподавателей и студентов в процессе обучения;
создан программный комплекс автоматизированного проектирования образовательной деятельности, отличающийся модульной структурой, реализующий целостность процесса обучения, дающей возможность функционирования как отдельно каждого из модулей, так и их совокупности, а также развитым текстово-графический интерфейсом, обеспечивающим удобство пользователю при работе с комплексом процедур.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
используемый при разработке алгоритмического и программного обеспечения принцип модульного программирования позволяет модифицировать составные части и дает возможность функционирования как отдельно каждого из модулей, так и их совокупности;
в результате проведенных исследований разработана комплексная система автоматизации образовательной деятельности по подготовке специалистов в области САПР,, характеризующаяся универсаль-
ной программной оболочкой, позволяющей, при соответствующей доработке информационного обеспечения, осуществлять формирование структуры обучения при подготовке специалистов в различных областях знаний;
разработанная комплексная система позволяет снизить затраты времени на создание основных компонент образовательной деятельности за счет рационального использования вычислительной техники.
Реализация результатов работы. Разработанная комплексная система автоматизированного проектирования образовательного процесса в области САПР, ориентированная на формирование основных компонент процесса подготовки специалистов, внедрена в учебный процесс на кафедрах "Автоматизированные системы управления" Военного института радиоэлектроники и "Системы автоматизированного проектирования и информационные системы" Воронежского государственного технического университета.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: Всероссийском совещании-семинаре "Высокие технологии в проектировании технических устройств и автоматизированных систем" (Воронеж, 1993); Всероссийской научно-методической конференции "Компьютерные технологии в высшем образовании" (Санкт-Петербург, 1994); Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение высоки технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1994-1995); Международной выставке-конференции "Новые компьютерные технологии в учебном процессе и научных исследованиях" (Москва, 1995); ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного технического университета.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 9 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами и заключения на 148 с., списка литературы (90 наименований) на 10 с, приложений на 32 с, содержит 27 рисунков, 3 таблицы.
