Содержание к диссертации
Введение
1. Системный анализ задач автоматизации системы подготовки и переподготовки кадров промышленных предприятий 10
1.1. Сравнительный анализ систем открытого обучения 10
1.1.1. Основные преимущества открытого обучения 11
1.1.2. Компьютерные технологии обучения 13
1.1.3. Компьютерные конференции и технологии обучения на основе сети Интернет 15
1.2. Исследование и анализ существующих систем переподготовки 18
1.2.1. Методические принципы структурирования учебного материала 27
1.2.2. Автоматизированные схемы контроля и оценки процесса обучения...33
1.3. Анализ моделей научения и функций забывания информации при организации учебного процесса 50
1.4. Информационные технологии разработки мультимедийных электронных средств учебного назначения 57
Выводы по главе 1 61
2. Разработка структуры программных приложений в системе формирования учебных планов 62
2.1. Формализованное представление компонентов учебного плана 44
2.1.1. Формализованное представления модуля, как неделимой логической единицы учебной информации 44
2.1.2. Формализованное термов, как единиц оценки связности учебного материала 50
2.1.3. Структура инструментальных средств создания мультимедийных обучающих программ 52
2.2. Функциональная декомпозиция программно-моделирующего комплекса 55
2.3. Анализ связности учебных элементов 64
2.4. Оптимизация модульной структуры системы учебно-методических материалов 76
Выводы по главе 2 83
3. Разработка динамической модели восприятия учебного материала с учетом индивидуальных свойств обучаемых 84
3.1. Формализованное представление компонентов учебного плана 84
3.1.1. Формализованное представления модуля, как неделимой логической единицы учебной информации 85
3.1.2. Формализованное термов, как единиц оценки связности учебного материала...' 90
3.1.3. Анализ связности учебных элементов 91
3.2. Моделирование процесса восприятия и забываемости информации 95
3.2.1. Особенности усвоения и запоминания учебного материала 95
3.2.2. Классификация забывания процессов по виду тренда 100
3.2.3. Анализ моделей авторегрессии 101
3.2.4. Аппроксимация функции забывания термов 104
3.2.5. Аппроксимация функции забывания термов 107
3.2.6. Постановка задачи оптимизации учебного плана 109
3.3. Имитационная модель процесса восприятия терм-множества учебного плана
Выводы по главе 3 118
4. Программно-моделирующий комплекс формирования учебных курсов и учебных планов в системе переподготовки персонала промышленных предприятий 120
4.1. Проектирование структуры программного комплекса 120
4.2. Разработка SQL-запросов реализации алгоритмов терм-связности 126
4.3. Разработка интерфейсных взаимодействий с компонентами инструментальных сред формирования мультимедийных курсов 131
4.3.1. Функциональные возможности инструментальной среды «Учебный план» 136
4.3.2. Средства репликации учебных курсов 148
4.3.3. Средства взаимодействия с пакетами аналитических исследований 148
Выводы по главе 4 152
Заключение 154
Литература 155
Приложение. Акты внедрения результатов работы
- Сравнительный анализ систем открытого обучения
- Формализованное представление компонентов учебного плана
- Формализованное представление компонентов учебного плана
- Проектирование структуры программного комплекса
Введение к работе
Управление процессом профессионального обучения начинается с определения потребностей, которые формируются на основе анализа профессиональных навыков, а также необходимости выполнения сотрудниками своих текущих производственных обязанностей. Выполнение должностных обязанностей требует от сотрудников организации знания рабочих процедур и методов, выпускаемой продукции и оказываемых услуг, умения работать на установленном оборудовании и т.п. Потребности, связанные с выполнением производственных обязанностей, могут определяться как на основе заявок руководителей подразделений и самих работников, так и путем проведения опросов руководителей и специалистов, анализа результатов работы подразделений организации.
Подавляющее большинство мероприятий по обеспечению подготовки, переподготовки и повышению квалификации сотрудников финансируется из собственных средств предприятий, поэтому оценка эффективности программ обучения является центральным моментом управления профессиональным обучением на предприятиях промышленности и транспортного комплекса. Однако, как показал анализ, недостаточное внимание уделяется разработке формальных моделей структуризации учебной информации, что необходимо для рациональной организации как самого процесса обучения, так и аттестации сотрудников.
Предметом исследования являются информационная поддержка системы подготовки и переподготовки рабочих и служащих предприятий промышленности и транспортного комплекса, включая создание методик формирования электронных ресурсов и организацию обучения в соответствии со сложившейся организационной и нормативно-правовой схемой. Целью работы является автоматизация разработки электронных образовательных ресурсов в процессах подготовки и переподготовки персонала предприятий промышленности и транспортного комплекса.
Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:
• анализ задач системы подготовки и переподготовки рабочих и служащих предприятий промышленности и транспортного комплекса;
• формальная классификация пользователей и инструментальных средств создания формирования связного образовательного контента;
• разработка методики формирования учебных планов и рабочих программ;
• разработка методов и программных механизмов анализа терм-связности образовательных программ;
• реализация моделей забывания и научения учебной информации;
• разработка базы данных учебных планов и программная реализация механизмов анализа связности.
При разработке формальных моделей компонентов системы переподготовки в диссертации использовались методы общей теории систем, случайных процессов, теоретико-множественный аппарат и др. Моделирование и аналитические исследования проводились с использованием математических и статистических пакетов.
Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, методик и алгоритмов.
В первой главе диссертации проведен системный анализ задач автоматизации управления персоналом в контуре системы переподготовки. Проведен сравнительный анализ методов и средств, обучения. Выделены категории методов и методик, которые могут быть полностью или частично автоматизированы. Определено место компьютерных и телекоммуникационных технологий в обучении персонала.
Спектр программного обеспечения для электронного обучения) (е-Learning) очень широк. На одном краю этого спектра - простые программы, выполненные в HTML, на другом - сложные системы управления обучением и учебным контентом (Learning Content Management Systems), использующиеся в корпоративных компьютерных сетях. Одной из особенностей успешного внедрения системы открытого обучения является правильный выбор программного обеспечения, соответствующего конкретным требованиям. Эти требования определяются потребностями обучаемого, потребностями методиста и, во многих случаях, администратора, который должен контролировать ход и результаты обучения. Среди основных типов таких программ можно выделить:
• авторские программные продукты (Authoring Packages),
• системы управления обучением (Learning Management Systems -LMS),
• системы управления контентом (Content Management Systems - CMS),
• системы управления учебным контентом (Learning Content Management Systems - LCMS).
Показано, что при выборе программного обеспечения для открытого обучения независимо от его уровня необходимо учитывать пять потребительских характеристик: надежность в эксплуатации; совместимость; удобство использования; модульность; обеспечение доступа.
Во второй главе диссертации на основе проведенного анализа педагогических и дидактических принципов организации обучения и методов контроля и диагностики уровня знаний формируется концепция построения связного учебного плана переподготовки персонала. Строится формальная модель описания процессов обучения. Решается задача декомпозиции компонентов системы переподготовки. В результате формируется концептуальная модель и технические требования для реализации программной среды, обеспечивающей функциональную полноту системы формирования учебного контента.
Разработанные программные компоненты системы включает в себя следующий набор инструментальных сред и пользовательских приложений: конструктор структурных элементов; конструктор курсов; инструментарий оценки связности учебного плана и другие.
Для программной реализации формирования учебного сценария из элементарных приложений с учетом синхронизации и согласования по данным в диссертации разработаны формальные операции создания структуры приложений.
В третьей главе диссертации разрабатывается формальные методы и модели динамического восприятия учебной информации на основе функций забывания термов. Для моделирования процессов забывания термов в работе предлагается использовать модели процесс авторегрессии второго порядка. Разработана сетевая вероятностная модель учебного плана, позволяющая индивидуализировать процесс переподготовки и повышения квалификации персонала без отрыва от производства, а также получить информацию об индивидуальных особенностях сотрудников с целью его дальнейшего профессионального роста.
На основании полученных моделей функции забывания каждого терма, в работе ставится и решается многокритериальная задача эффективности учебного плана. Основой формирования интегрального критерия является свертка всех функций по группам классифицирующих признаков принадлежности модуля некоторому направлению. Каждому направлению присваиваются весовые коэффициенты которые переносятся на все термы направления. Таким образом, имея полную базу данных методических материалов и тестовых заданий для всех модулей специализации появляется возможность не только формирования индивидуального плана, но и его динамической корректировки по результатам статистического анализа результатов решения тестовых заданий.
В четвертой главе диссертации рассматриваются технологические аспекты разработки программно-инструментальных средств формирования связного учебного плана. Для каждой операции с базой разработан удобный пользовательский интерфейс. В систему включены разработанные в диссертации моделирующие функции. Таким образом, методисты кроме информационной поддержки получают и возможность оценки эффективности разработанного учебного плана с учетом индивидуальных свойств обучаемых различных возрастных категорий и с различным начальным уровнем знаний. Система имеет возможность генерации отчетов. Разработаны различные механизмы связывания входных и выходных термов.
Рассмотрены учебные планы и рабочие программы специализаций. Предложенные в работе критерии эффективности позволили повысить эффективность системы подготовки и переподготовки.
В заключении представлены основные результаты работы.
В приложении приводятся акты внедрения результатов диссертационной работы.
Научную новизну составляют методы, модели и методики разработки электронных образовательных ресурсов и учебных планов.
На защиту выносятся:
• формальная декомпозиция инструментальных средств создания контента учебных планов и рабочих программ переподготовки персонала;
• методики разработки учебных планов и рабочих программ;
• методы и программные механизмы анализа терм-связности учебных модулей;
• модели забывания и научения учебной информации;
• база данных учебных планов и рабочих программ.
Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием современных математических методов и моделей, предварительным анализом ряда программ переподготовки специалистов ряда промышленных предприятий. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения. Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Они представляют непосредственный интерес в области автоматизации управления персоналом с использованием комбинированных технологий обучения. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в учебных центрах «Газпрома», а также используются при организации учебного процесса на кафедре АСУ МАДИ(ГТУ).
Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:
• на Российских, межрегиональных и международных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах (2003-2008 гг.);
• на заседании кафедры АСУ МАДИ(ГТУ).
Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований в области автоматизации процесса подготовки и переподготовки персонала предприятий промышленности и транспортного комплекса и представляет актуальное направление в развитии теоретических и практических методов формирования базы данных учебно-методических материалов с насыщенным мультимедийным наполнением, что особенно актуально для ремонтных специальностей, где необходимы наглядные формы представления технологических процессов.
По результатам выполненных исследований опубликовано 15 печатных работ.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, опубликованных на 152 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 116 наименований и приложения.
Сравнительный анализ систем открытого обучения
В связи использованием новейших технологий в открытом обучении, многие отечественные исследователи и преподаватели задаются вопросом об идентификации личности испытуемого при прохождении заключительных тестов и экзаменов. Как проверить, что тот или иной обучаемый лично сдавал тест, без помощи других лиц? Или где гарантия того, что вместо этого сотрудник не пришел сдавать тест совершенно другой человек? Как ни странно, западные специалисты в своих исследованиях практически обходят эту проблему стороной, не затрагивая ее. В чем же дело? Ответ на этот вопрос кроется в личной заинтересованности персонала. Именно мотивация к получению действительно прочных знаний является движущей силой для открытого обучения.
Без сомнения, открытое обучение не решает всех проблем образования и не является «панацей от всех бед». Оно также обладает рядом недостатков по сравнению с традиционными способами обучения. Однако в ряде случаев учащиеся выбирают именно открытое обучение, как наиболее выгодный, доступный и приемлемый для них метод обучения. Рассмотрим объективные причины, которые позволяют говорить в пользу выбора открытого обучения по сравнению с традиционными способами образования.
Если сравнивать затраты на обучение по традиционным формам образования и затраты на обучение, то можно прийти к выводу, что открытое обучение обладает рядом преимуществ. Так, например, из общих расходов на обучение можно вычесть расходы на проезд к центру обучения и проживание в период обучения. Кроме того, время для изучения материала выбирается самостоятельно, что позволяет человеку более гибко использовать свое время, значительно экономить его для других важных дел. И, наконец, как показывает опыт ведущих университетов США, себестоимость открытого обучения существенно ниже, поскольку главным фактором себестоимости является оплата труда преподавателей, которая в общем итоге зависит от количества сотрудников на одного преподавателя.
В традиционном образовании существуют определенные ограничения на время обучения, так называемые семестры. В этот срок сотрудник должен . уложиться и сдать необходимые дисциплины. Однако если сотрудник готов сдать экзамены значительно раньше окончания семестра, существуют определенные проблемы и сложности в осуществлении этого замысла. В дистанционном обучении таких ограничений нет. Учебные материалы, тесты и экзамены доступны сотруднику в любое время. Он волен самостоятельно выбирать время и объем изучаемых материалов и может, например, за два-три дня интенсивных занятий выучить и сдать дисциплину, а за неделю или месяц - сдать экзамены за весь семестр. Это особенно выгодно для людей, уже имеющих базовый уровень образования и решивших расширить свои знания.
Обучаемый не ограничен территориально тем местом, где он должен получать образование. Существует одно ограничение - возможность доступа к среде передачи информации. Так, например, видео- и аудиокассеты с учебным материалом могут быть изучены либо в домашних условиях, либо в любом другом месте, где есть аудио- и видеоаппаратура, широковещательные обучающие передачи могут быть прослушаны либо дома, либо там, где есть телеприемники и телевизоры. Электронные курсы и тесты на базе Интернет-технологий можно просматривать в любом месте, где есть доступ к Интернету, наконец, обычные книги и брошюры могут быть получены по обычной почте в любом доступном почтовом учреждении.
Такое разнообразие сред передачи информации при дистанционном обучении позволяет самостоятельно выбирать наиболее удобные и территориально доступные для него средства доступа к этим средам.
Каждый из нас привык усваивать информацию и знания по-своему. Одному необходимо долго повторять и «зазубривать» новый материал, другому достаточно беглого взгляда, чтобы понять суть, третий склонен к изучению по методу от частного к общему, четвертый, наоборот, предпочитает сначала изучить теорию, а потом примеры. Сколько людей, столько и предпочтений. В дистанционном обучении благодаря большому спектру возможностей и технологий появляется возможность самостоятельно выбрать, каким способом он будет изучать выбранную дисциплину. Возможно, кто-то сначала захочет познакомиться с видео-материалами, затем изучить теорию, закрепив тестом на практике, а кто-то все сделает наоборот, начнет с тренировочного теста, чтобы осознать объем необходимых знаний, затем изучит эти знания на основе теоретических материалов, а потом просмотрит практические примеры на видео. Свобода выбора стиля обучения характерна дистанционному обучению.
Технологии обучения по своей сути могут быть разделены на несколько видов. Каждый вид обусловлен способом передачи и получения инструкций и материалов по обучению от преподавателя к сотруднику. В свою очередь, в этом процессе немалую роль играют те средства и носители информации, которые используются. Наиболее распространенными в настоящее время являются следующие способы доставки инструкций по обучению: обычная почта, аудиокассеты, видеокассеты, компакт-диски, электронная почта, Интернет-серверы, телевидение, телеконференции, компьютерные видеоконференции. Идеально построенная программа дистанционного обучения должна включать в себя всевозможные методы, способы и их комбинации. Однако на практике это далеко не так, большинство учебных заведений делают упор на тот или иной вид, стремясь расширить его дополнительными возможностями других технологий дистанционного обучения. Типы технологий дистанционного обучения: 1. Аудиоконференции; 2. Кабельное, широковещательное и спутниковое телевидение; 3. Интерактивное телевидение; 4. Телеконференции; 5. Компьютерные технологии обучения; 6. Компьютерные конференции и технологии обучения на основе сети Интернет; 7. CASE-технология дистанционного обучения.
Наиболее подробно хотелось бы рассмотреть 5 и 6 типы, так как они имеют наибольший интерес в данной работе.
Одной из наиболее быстро развивающихся технологий дистанционного обучения является использование интерактивных обучающих компьютерных программ. В последние годы значительно усовершенствовалась техническая база персональных компьютеров, которые теперь немыслимы без мультимедийных устройств. Даже самые простые и дешевые модели персональных компьютеров могут проигрывать анимационные видеоролики, видеофильмы, обеспечены качественным стереозвуком, могут использовать голосовые команды для управления программами и компьютером.
Формализованное представление компонентов учебного плана
Разработанные программные компоненты системы «СОТА» включает в себя следующий набор инструментальных сред и пользовательских приложений: конструктор структурных элементов; конструктор курсов; инструментарий оценки связности учебного плана и другие.
Конструктор структурных элементов (U= M (М—»U)) представляет инструментальную среду разработки мультимедийных реализаций лекций объединяющих ряд мультимедийных фрагментов. Их основная задача — обеспечение технологических возможностей создания наглядных учебных материалов без определения их логической связности. Основной акцент направлен на психофизическое восприятие представления материала. «Конструктор структурных элементов» представляет инструментальную среду формирования лекций, практикумов и тестов, как последовательности мультимедийных фрагментов, реализованных в различных инструментальных средах. Основная функция - формирование учебных фрагментов в структуру, сбалансированной по форме представления материала.
«Конструктор курсов» представляет инструментальную среду структуризации лекций, практикумов и тестов в рамках единого учебного курса.
В диссертации разработана концепция интегрирующей инструментальной среды «Учебный план», объединяющей все учебные курсы в единое информационное пространство и обеспечивающей структуризацию учебных материалов с возможностью формирования логической взаимосвязи модулей за счет их согласования по входным и выходным термам. В принятой структуризации модуль объединяет совокупность мультимедийных лекций, практикумов, тестов и других электронных образовательных ресурсов.
Последовательность процессов, которые необходимо обеспечить при организации обучения, определят необходимость разработки принципов создания единой интегрирующей информационной системы автоматизации процесса дистанционного обучения. Так, при формализованном описании процессов, появляется возможность формального построения структуры исходя из описаний треков процессов. Основным критерием построения системы является ее гибкость наращиваемость. Это определяется появлением новых методов и методик обучения а также новых математических методов моделирования процесса обучения и тестового контроля. Другим основным критерием является оперативность и своевременность предоставления методических материалов обучаемым.
В рамках системного подхода, исходя из сложной глобальной задачи, за счёт её декомпозиции образуют иерархию задач, которые решаются в соответствии с установленным порядком. При этом координация результатов решения частных подзадач содействует достижению целей более высокого уровня. Организационная схема образовательного учреждения Прямая связь Заказчики Обратная связь Руководство центра обучения -Управление Информационная связь
На основе опыта, полученного в результате выполнения проектов, представляется целесообразным создание 3-х уровневой организационной структуры Учебных центров предприятий. Первый уровень включает Московский Центр, в функции которого входит сертификация всех программных продуктов, развитие методического обеспечения, определение стратегии развития средств дистанционного обучения. Во второй уровень входят территориальные Учебные центры (7-10 центров), которые разрабатывают и сопровождают учебные материалы по определенному заранее перечню профессий. Третий уровень — региональные центры — осуществляют учебный процесс по дистанционной схеме, используя учебные материалы, полученные из Московского и территориальных Центров. Каждый территориальный Учебный центр курирует свой куст региональных центров. Такая схема позволяет обеспечить высокий уровень проведения учебного процесса при минимизации затрат на содержание организационных структур.
Общая теория систем, которая используется для построения структуры системы автоматизации, обеспечивает высокую степень автоматизации и организации учебного процесса, в условиях комплексного подхода к решению рассматриваемых задач.
Декомпозиция на уровни или подзадачи определяется особенностями системы или задачи, и существующими взаимосвязями. При использовании декомпозиции необходимо обеспечивать согласование синхронизацию решаемых задач. Вышестоящие и нижестоящие элементы связывают два вида сигналов:
координирующий (сверху вниз) конкретизирует задачи, подлежащие решению на уровне нижестоящих элементов;
информационный (снизу вверх) информирует о состоянии нижестоящего уровня. Вышестоящий элемент (в связи с приоритетом действий) указывает, как должен вести себя нижестоящий элемент, т.е. определяет выбор координирующей переменной. Способ координации определяется тем, как элемент нижестоящего уровня сообщается с другими элементами своего уровня, а также тем, какие характеристики могут изменяться с целью улучшения глобального результата. В связи с этим различают следующие основные способы координации:
координирование путем прогнозирования взаимодействий нижестоящие элементы вырабатывают локальные решения в предположении, что реальные связующие сигналы, которые к ним в дальнейшем поступят, будут соответствовать опорным (прогнозируемым) сигналам;
координация путём оценки взаимодействий - вышестоящий элемент задаёт диапазон значений связанных сигналов. Нижестоящий элемент рассматривает их как возмущения, которые могут принимать любое значение в заданном диапазоне;
координирование путем "развязывания" взаимодействий - элементы нижестоящего уровня трактуют связующий сигнал как дополнительную переменную решения. Они решают свои задачи так, как если бы связующие сигналы можно было выбрать произвольно.
Приняты обозначения: УІЄСТГ множество координирующих сигналов у; ЮІЄ І - множество информационных сигналов от управляющей системы с-{, ГПІЄМІ - множество управляющих сигналов ті (входы); z;eZ; - множество информационных сигналов (сигналов обратной связи) о поведении процесса Р; 0GQ - множество внешних возмущающих воздействий 9; ГеФ-множество выходов процесса Р; М = М, х... х Мп - множество всех управляющих сигналов (декартово произведение множеств МІУ і = 1,п).
Структура двухуровневой системы управления Рис.2.4. Тогда процесс Р может представляться отображением: P:MxQ- F (2.1) Локальная управляющая система реализует отображение: Q : GjxZj - М{ (2.2) и представляет собой систему вход-выход. Управляющая система Со осуществляет отображение: Co-.W G (2.3) где W=W\xW2 x ...xWn- декартово произведение W\, С0 не взаимодействует напрямую с Р, а С[- не связаны явно между собой (хотя связи могут и быть), хотя процесс Р может заставить С{ взаимодействовать между собой. Поэтому процесс Р можно рассматривать как состоящий из п подпроцессов Р\, каждый из которых управляется подсистемой: PiiMixUixQ F (2.4) U\ - множество (входных) сигналов щ, посредством которых подпроцесс Pi связан с другими подпроцессами.
Формализованное представление компонентов учебного плана
В диссертации предлагается увязка дисциплинарных связей путем введения термов (терминологических словарей: входных и выходных). Обычно дисциплины включают в себя набор разнородных разделов, поэтому в нашей формализации введем такое разбиение и далее будем называть их модулями. Модуль - это однородный, функционально законченный раздел дисциплины.
С каждым модулем связан набор входных и выходных термов. Входные - это те термы, которые необходимы для понимания модуля (они должны быть определены на ранних этапах обучения, однако это также является задачей анализа плана). Выходные - это термы (понятия), которые вводятся при чтения соответствующего модуля, и которые используются в последующих дисциплинах. Таким образом, модуль можно рассматривать как оператор преобразования входных термов в выходные.
При таком подходе связи дисциплин устанавливаются за счет определения синонимии термов. Если в некотором модуле определен выходной терм (имеющий свой идентификатор), то в других дисциплинах он может быть определен как входной, причем его идентификатор может быть модифицирован (без изменения смыслового содержания).
Таким образом, каждый терм приписан к одному и только одному модулю, а терминологическая связь осуществляется за счет введения ссылок входного терма на соответствующий выходной. В результате выходной терм может иметь множество интерпретаций (синонимов) в зависимости от используемой дисциплины.
Учебный план представляет совокупность дисциплин разнесенных по времени. Всегда интересен вопрос взаимосвязи дисциплин между собой, где взаимосвязь может выражаться либо просто наличием обмена информацией, либо взвешенная этим объемом.
В результате, формализованное представление может быть выражено графом где D=Dj множество вершин графа (дисциплины) a dy -направленные дуги графа (взаимосвязи дисциплин).
По стандарту учебного плана для каждой дисциплины должен быть определен набор базовых дисциплин, из которых берутся основополагающие понятия и определения, необходимые для чтения этой дисциплины. Также определяется список дисциплин, которые являются естественным продолжением данной в некоторых других аспектов с расширением понятий.
Понятие базовых и дисциплин продолжения, при классической постановке является слабоформализуемым понятием. Поэтому для смысловой развязки взаимосвязи введем понятие термов. Терм - это некоторый идентификатор, определяющий понятие некоторой предметной области.
В результате дисциплина является преобразованием входных термов в выходные. Первая форма может быть определена как простое перечисление соответствующих термов (входных и выходных) которое в общем случае является множественным. Однако, рассматривая область определения этого преобразования не на множестве термов, а на множестве подмножеств 2W, получаем обычное функциональное преобразование. Форму описания этого отображения можно заимствовать их математической теории выбора при описании функции выбора и ее логического представления.
Пусть для каждого входного терма определено числовое значение НІ множества Н, которое интерпретируется как «степени необходимости» терма для понимания дисциплины. Пусть это множество (шкала) будет одной для всех термов и всех дисциплин. Тогда областью определения дисциплины Dj декартово произведение всех этих множеств, или просто пространство HN]V, где Nw - общее термов специальности, которые используются при описании дисциплин. Модуль как оператор преобразования термов
При существовании междисциплинарных связей в рамках одного семестра появляются некоторые неудобства формализованного представления временной диаграммы взаимодействия термов с целью их последующего моделирования. Поэтому более целесообразным является разбиение дисциплины.
Элементы SD, KD и GD введены для выполнения поисковых операций и структуризации всего множества дисциплин Количество изучаемых понятий двояко действует на обучение. Когда изучается один или очень мало понятий, но всесторонне всеми дисциплинами, это дает глубокое усвоение понимания функционирования именно этих понятий, это хорошо. Однако, при этом уменьшается кругозор -это плохо. Когда изучается много - это хорошо для кругозора, но нет времени на глубину.
Компромиссным является выбор очень небольшого количества понятий (3-4) для всестороннего изучения по всем дисциплинам и добавления различными предметными прикладными областями для расширения кругозора.
На практике каждая дисциплина естественным образом разбивается на ряд функционально законченных разделов (модулей). Программа дисциплины также предполагает перечень всех ее разделов с указанием их содержательной части. Раздел подразумевает некоторую законченность по содержанию, т.е. излагаемый в нем материал «очень сильно» взаимосвязан и его дальнейшее разделение с целью анализа всей программы специализации нецелесообразно. Модуль состоит из множества утверждений, определений, теорем, примеров и т.д.
Проектирование структуры программного комплекса
При разработке структуры программного комплекса основной задачей было создание открытой системы с адаптивным интерфейсом и возможностью организации информационных связей с другими инструментальными средствами формирования учебных планов и курсов лекций.
При реализации функций системы выделим классы пользователей системы: администратор (А) (где учиться?), методист (М) (чему учиться?), консультант (Р) (как учиться?) и обучаемый (О). Все эти категории пользователей отличаются по их отношению к учебным материалам (U), которые определяют совокупность неделимых единиц учебной информации, соответствующих структуре знаний специализации, и тестовым заданиям (Т), которые необходимы для контроля уровня знаний обучаемых. Все указанные категории пользователей работают в одном информационном пространстве. Кроме того, руководители предприятий должны иметь возможность оперативного просмотра результатов переподготовки, что приводит к задаче сопряжения с системой мониторинга.
Предъявление учебного материала темы производится в автоматизированном режиме посредством текстового материала с применением графики, анимации и видео, которые наглядно иллюстрируют текст, реализуя принцип "Увидел и понял". Для удобства сценарного описания и программной реализации будем использовать понятие "Кадр", понимая под этим логически связанную совокупность мультимедиа объектов, воспроизводимых последовательно на экране с использованием общих графических элементов без обновления экрана и являющуюся с точки зрения педагогического сценария элементарной порцией учебной информации. При переходах от текущего кадра к следующему или предыдущему кадру содержимое экрана программно обновляется, даже если визуально некоторые графические объекты контента теоретического минимума должны присутствовать в соседних кадрах. Понятие кадр используется для описания технологических особенностей предъявления учебной информации.
Материал темы должен учитывать специфику учебно-познавательной деятельности данного контингента обучаемых и реализовывать задачи успешного усвоения и освоения ими системы знаний, навыков и умений в изучаемой предметной области. При этом необходим учет максимально допустимой нагрузки на обучаемого в соответствии с медико-гигиеническими нормами и требованиями по объему учебного материала, его дозированному изучению, контактному времени пребывания за компьютером.
Все темы структурируются по логико-смысловому принципу. Теоретические предположения, экспериментальные исследования и результаты обобщения практического опыта показывают, что оптимальная продолжительность дозы учебной информации, усваиваемой обучаемым в ходе работы за экраном компьютера, находится в пределах 15-30 минут. Это относится ко времени работы с учебным материалом и лишь 10-20 минут при выполнении заданий на компьютерном тренажере. При этом познавательная деятельность протекает наиболее эффективно, если учебные задания чередуются по форме их выполнения.
Предъявляемые требования при разработке подсистемы «Учебный план»: Подсистема должна работать как отдельное локальное приложение, а так же через локальную сеть; Формирование учебных планов по всем направлениям; Осуществлять импорт и привязку рабочих программ из «Конструктора курсов» к выбранной дисциплине; Построение учебных планов в виде графов; Формирование и ведение общего словаря термов; Просмотр паспорта специальностей; Пользовательский интерфейс должен содержать следующие основные функции: о для формирования и ведения учебного плана: ? Добавление, удаление и редактирование дисциплин; ? Обновление списка специальностей и специализаций; ? Фильтрация дисциплин по выбранным условиям; ? Дублирование учебного плана; ? Просмотр информации по выбранной дисциплине; ? Получение данных для анализа терм связности по всему учебному плану; ? Поиск дисциплины; ? Печати учебного план; о для ведения и редактирования рабочих программ:
Привязка рабочих программ к дисциплинам; ? Копирование выбранных модулей из текущей рабочей программы; ? Просмотр информации по рабочей программе; ? Добавление и редактирование замечаний к следующим элементам: Дисциплина (Рабочая программа), Модуль, Лекция, Лаб. работа, Практикум, Тест; ? Редактирование словаря термов по каждому модулю в рабочей программе; ? Возможность просмотра привязок выбранного терма (входного или выходного) к другим модулям дисциплин; ? Печать рабочей программы по выбранному шаблону; о для работы с графом: ? Выбор специализации для построения графа; ? Построение графа по видам учебной нагрузки; ? Печать графа; о для ведения общего словаря термов: ? Добавление термов в словарь и их редактирование; ? Фильтрация термов в общем словаре; ? Поиск терма; о сервисные функции: ? Добавление и редактирование записей в базовых таблицах администрирования; ? Добавление и редактирование записей в таблицы «Преподаватели»; ? Просмотр паспорта специальностей; ? Запись выбранной дисциплины на CD диск в виде локального курса; ? Запуск проигрывателя курсов; ? Средства указания пути к файлу БД учебного плана; ? Первоначальные настройки должны автоматически сохраняться при завершении работы с подсистемой и загружаться при начале работы с ней.. Проектирование базы данных учебных планов по специализациям реализовано на базе MySQL Server. Таблица 4.1 Список таблиц: базы данных Название Назначение таблицы Institute Информация о предприятии Fakultet Информация о факультетах Kafedra Информация о кафедрах Wrp_rup Формирование рабочих программах с привязкой к кафедре, специальности, тьютору Disc Список дисциплин Wr plan Формирование учебных планов Spr fo Список форм обучения Special Список всех специальностей с кодами Spr g ds Список циклов 1-го уровня Spclz Список всех специализаций с привязкой к специальностям Spr vds Список компонентов Spr_kvl Список квалификаций Spr g ds2 Список циклов 2-го уровня Wp info Информация о рабочих программах Moduls Список модулей Elements Список структурных элементов входящих в модули Term rel Таблица привязок термов к модулям Terms Список термов с определениями Literats Список книг, литературы, электронных изданий, адресов в сети Интернет. Tutors Список тьюторов Проведенный анализ и формализация структуры связей показали целесообразность создание структуры базы данных в виде, представленном на рис.4.1.
Разработана структура базы данных, интегрирующая учебно-методические материалы. Выбор MySQL в качестве СУБД обусловлен широкой популярностью данной СУБД и достаточно легковесной прозрачной архитектурой. Ее автоматическая масштабируемость при работе на многопроцессорных платформах, исключает необходимость дополнительной конфигурации или программной настройки. Наличие утилит администратора, достаточно высокая защищенность данных, как от сбоев, так и от несанкционированного доступа, несложность освоения и свободное распространение делают ее весьма полезной для развертывания и использования. Для работы с базой данных использовался компонент MyDAC, что позволило при переносе программы на другой компьютер не производить дополнительных установок драйвера для работы с базой. Так же, использование MySQL позволяет использовать программу как в локальной сети, так и глобальной путем изменения настроек соединения с БД. Реализован полный набор операций с базой данных, которые могут выполняться, как из интерактивной оболочки пользовательского интерфейса, так и непосредственных из программных приложений.
