Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов и моделей структуризации учебной информации в системе переподготовки 10
1.1. Кадровое обеспечение промышленных предприятий 10
1.2. Анализ методов и форм управления обучением 15
1.3. Организация переподготовки в системе открытого обучения 19
1.3.1. Тьютор в системе переподготовки кадров 19
1.3.2. Взаимодействие консультанта и обучаемого в процессе подготовки .26
1.3.3. Организация методической работы в системе переподготовки 29
1.4. Математические методы и модели обучения и тестового контроля 32
1.4.1. Модели связности учебных материалов 32
1.4.2. Методы и модели тестового контроля 35
1.4.3. Модели оценки сложности учебной информации 39
1.5. Информационные технологии в системе переподготовки 45
Выводы по главе 1 49
2. Разработка информационных моделей восприятия и забывания учебной информации 51
2.1. Моделирование совместного процесса обучения и тестирования 52
2.2. Разработка принципов организации адаптивной системы формирования учебных планов 54
2.2.1. Концепция создания программно-моделирующего комплекса 54
2.2.2. Интеграция компонентов системы переподготовки 56
2.2.3. Методы и модели обучения и тестового контроля в системе переподготовки 62
2.3. Моделирование процесса восприятия и забываемости информации 70
2.3.1. Особенности усвоения и запоминания учебного материала 70
2.3.2. Классификация забывания процессов по виду тренда 75
2.3.3. Анализ моделей авторегрессии 76
2.3.4. Анализ гауссовских условно нестационарных процессов 79
2.4. Аппроксимация функции забывания термов 87
Выводы по главе 3 90
3. Разработка методики формирования индивидуальных учебных планов 91
3.1. Формализованное представление учебного процесса 91
3.2. Разработка моделей взаимодействия компонентов системы переподготовки 97
3.2.1. Классификация пользователей 97
3.2.2. Формирование системы приложений системы индивидуализации обучения 100
3.3. Алгоритм формирования учебной программы на основе композиции 104
3.3.1. Формирование количественной меры связности модулей 106
3.3.2. Отношение связности тестовых заданий и модулей 107
3.3.3. Композиция отношений связности модулей 110
3.4. Разработка оптимизационного алгоритма динамической корректировки индивидуального учебного плана 113
3.5. Методика организации системы подготовки и переподготовки 118
Выводы по главе 3 124
4. Программная реализация методики генерации индивидуальной образовательной траектории 125
4.1. Проектирование структуры программного комплекса 125
4.2. Программная поддержка функциональных возмолшостей консультанта при организации учебного процесса 133
4.2.1. Обратная связь с консультантом 133
4.2.2. Просмотр результатов обучения 136
4.2.3. Обмен информацией между пользователями системы 138
4.2.4. Редактирование образовательной траектории 139
4.3. Методика формирования учебных материалов и индивидуальной образовательной траектории в системе переподготовки 142
Выводы по главе 4 147
Заключение 148
Литература 149
Приложение. Документы о внедрении и использовании результатов работы 160
- Кадровое обеспечение промышленных предприятий
- Моделирование совместного процесса обучения и тестирования
- Формализованное представление учебного процесса
- Проектирование структуры программного комплекса
Введение к работе
Совершенствование производственных процессов промышленных предприятий требует процесса непрерывной переподготовки специалистов, а современные темпы реорганизации производства требуют новых методов управления персоналом. Все это диктуют необходимость динамичного изменения учебных планов и рабочих программ подготовки рабочих кадров и служащих, рассчитанных на различные возрастные категории и различный уровень начальной подготовки. Задачам автоматизации формирования учебных планов, процедур тестового контроля, мультимедийных обучающих программ посвящено значительное количество работ. В настоящее время отработаны методы формирования учебных планов и программ. Однако проблеме автоматизации процедур формирования индивидуальных учебных планов в системе подготовки уделяется недостаточно внимания.
При этом использование новых информационных технологий в процессе обучения требует пересмотра взгляда на сам процесс подготовки за счет использования мощной аппаратной и программной базы. Не вызывает сомнения необходимость индивидуализации обучения, что естественным образом сокращает сроки и повышает качество подготовки специалистов. Основу процессов автоматизации формирования индивидуальных учебных планов и их динамической корректировки должны составлять адекватные модели процедур тестового контроля и структуризации учебной информации. Представленная работы направлена именно на решение указанных проблем индивидуализации процесса подготовки персонала, что и определяет ее актуальность.
Предметом исследования являются методы и модели формализованного описания процессов обучения и тестового контроля и принципы формирования индивидуальных учебных планов.
Целью работы является повышение эффективности системы подготовки персонала на основе автоматизации процесса формирования индивидуальных
учебных планов на базе формализованных методов и моделей структуризации учебного материала и тестового контроля.
Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:
системный анализ задач организации подготовки персонала промышленных предприятий, методов и моделей структуризации учебного плана и процедур компьютерного тестового контроля;
интеграция методов и моделей структуризации учебного материала и процедур тестового контроля;
разработка методов и алгоритмов автоматизации процессов формирования индивидуальных учебных планов;
методика корректировки учебного плана переподготовки с учетом согласования учебной нагрузки по сложности учебного материала;
разработка макета интегрированного программно-технического комплекса системы подготовки индивидуальных учебных планов с учетом индивидуальных качеств обучаемых.
При разработке формальных моделей компонентов системы переподготовки и аттестации персонала в диссертации использовались методы общей теории систем, случайных процессов, экспертного оценивания и др.
Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, методик и алгоритмов.
В первой главе диссертации проводится системный анализ задач, возникающих при организации процессов' переподготовки персонала промышленных предприятий. Рассмотрены проблемы автоматизации формирования учебных планов и рабочих программ. Проведен анализ методов и моделей процессов обучения и тестового контроля.
Учебный план представляет собой совокупность учебных модулей с учетом последовательности их предъявления обучаемым. За всеми учебными модулями закреплены тестовые задания, объединенные в тесты. С учетом такой привязки статистика результатов тестового контроля может быть
использована для динамического формирования учебного плана для каждого обучаемого с использованием его учебных достижений.
В диссертации показано, что практически все алгоритмы обработки данных системы подготовки должны быть включены в систему моделирования учебного процесса. Информационная система поддержки обучения для адаптации и реализации функций управления должна иметь модели соответствующих подсистем. Таким образом, система моделирования и информационная система должны представлять единый программно-моделирующий комплекс. Особое место в данной постановке занимает имитационный подход и экспертные процедуры оценивания учебного материала, базирующиеся на теории нечетких множеств.
Во второй главе диссертации рассматриваются вопросы построения функциональных соотношений описания индивидуальных свойств обучаемого, которые базируются на моделях восприятия и забывания учебной информации.
С целью осуществления мониторинга уровня сформированности требуемых характеристик специалиста предлагается использовать комплексный показатель качества психолого-индивидуальных компетенций.
Психо лого-индивидуальные компетенции представляют собой способности, развиваемые в профессиональной деятельности под влиянием мотивации, которая может, как усиливать, так и ослаблять потенциальные задатки специалиста. В этой связи необходимо осуществлять постоянный мониторинг мотивационной направленности. Для определения критериев сформированности проводится тестирование выборки специалистов, успешных в своей деятельности. Для визуализации локальных показателей используется их представление в виде профилограммы, где приняты обозначения: А - коэффициент точности внимания; Е - коэффициент продуктивности влияния; Крас„ - коэффициент распределения внимания; Vm -коэффициент объема памяти; Кт - коэффициент творческого мышления; Кл — коэффициент логического мышления; Кв Применение такой модели
специалиста на основе процессного подхода и методологии «развертывания функции качества» позволяет снизить уровень неопределенности идентификации и мониторинга рассматриваемых компетенций и повысить качество переподготовки специалистов.
В третьей главе диссертации разработана методика формирования индивидуальных учебных планов, используемых в системе подготовки персонала промышленных предприятий. Выполнена формальная декомпозиция инструментальных средств создания связной структуры учебных модулей, определены управляющие и информационные связи, что позволяет сделать систему открытой для включения новых методов, моделей и данных, тем самым сформировать функционал программных приложений. Совместное использование введенных операций при наличии формализованного описания приложений и данных позволяет генерировать программные методики создания учебного контента.
Основной из задач индивидуализации является корректировка учебного плана в результате прохождения процедур текущего тестового контроля.
В четвертой главе диссертации разработана система баз данных учебных материалов, тестовых заданий, результатов ответов тестируемых, регистрации обучаемых, закрепления, обучаемых за консультантами и др. Для организации взаимодействия реализован набор программных приложений, разработанный по фреймовой' технологии, что позволяет создавать произвольную конфигурацию функционала пользовательских приложений. Все приложения инвариантны к технологическим решениям, а именно, возможна работа в локальном, сетевом и WEB вариантах.
Для каждой операции с базой данных разработан удобный пользовательский интерфейс. В систему включены разработанные в диссертации моделирующие функции. Таким образом, методисты кроме информационной поддержки получают 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.
Основная идея создания базы данных заключалась в инвариантности управления, т.е. редактирование базы может быть реализовано как с помощью обычного пользовательского интерфейса, так и на основании включения алгоритмов автоматического редактирования на основе собранной в результате процесса подготовки статистики.
При формировании интерфейса приложений и их функциональных возможностей основной целью была возможность использования созданных приложений пользователями с низким уровнем знания компьютерной техники и информационных технологий.
В заключении представлены основные результаты работы.
В приложении приводятся акты внедрения результатов диссертационной работы.
Научную новизну работы составляют методы и модели, обеспечивающие автоматизированное формирование индивидуальной образовательной траектории. На защиту выносятся:
интеграция методов и моделей структуризации учебного материала и процедур тестового контроля;
компетентностная модель обучаемого в системе переподготовки персонала;
методика корректировки учебного плана переподготовки с учетом согласования нагрузки по сложности учебного материала;
программно-моделирующий комплекс формирования индивидуальных учебных планов.
Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием математического аппарата, согласованностью результатов аналитических и имитационных моделей процессов обучения и компьютерного тестового контроля. Достоверность
положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения работы в ряде крупных промышленных предприятий.
Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования в системе переподготовки, повышения квалификации и аттестации кадров для промышленных предприятий. Они представляют непосредственный интерес в области комплексной автоматизации технологических процессов формирования индивидуальных учебных планов и рабочих программ для системы переподготовки.
Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в системе переподготовки на ряде промышленных предприятий, 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 (2006-2009гг.);
на заседании кафедры АСУ МАДИ(ТУ).
Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований в области автоматизации образовательного процесса составляет новое направление в области теоретических и практических методов принятия решений и выбора стратегий формирования индивидуальных учебных программ.
По результатам выполненных исследований опубликовано около 10 печатных работ.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, опубликованных на 148 страницах машинописного текста, содержит 19 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 101 наименования и приложения.
Кадровое обеспечение промышленных предприятий
В концепции развития промышленных предприятий отмечается, что решение проблемы кадрового обеспечения отрасли должно осуществляться по следующим основным направлениям: увеличение выпуска специалистов с высшим и средним образованием; повышение требований к качеству подготовки работников массовых профессий (водителей автомобилей, ремонтных рабочих и др.); обновление содержания образования и его учебно-методического обеспечения с учетом использования в обучении новейших информационных технологий, подготовки и издания современных учебников и учебных пособий; укрепление и развитие материально-технической базы в высших и средних специальных учебных заведениях, учебно-курсовых комбинатах; повышение уровня подготовки научно-педагогических кадров, с учетом современных требований; создание системы и обеспечение переподготовки и повышения квалификации руководителей предприятий и операторов.
В отрасли должна быть обеспечена комплексная система непрерывного образования и переподготовки кадров на основе целевых заказов и освоения новейших достижений отечественной и зарубежной теории и практики обучения специалистов.
Из-за большого количества предприятий с идентичными потребностями профессиональных рабочих разумно создать единый центр разработки учебных программ по подготовке и переподготовке специалистов и передать функции управления обучением отделу кадров. В свою очередь, отделу кадров необходимо согласовать и утвердить учебные программы по рабочим специальностям подготовить образовательную базу для подготовки и переподготовки рабочих ведущих профессий. Исходя из этого, ставится комплекс задач по автоматизации процесса организации адаптивных учебных программ по ведущим специальностям. Необходимо составить учебные программы, включающие в себя минимальное количество специализированных и общеобразовательных дисциплин, строго связанных между собой по модулям для достижения максимального эффекта уровня образованности рабочих ведущих специальностей и при этом снизить непосредственно время разработки самих образовательных программ.
Информационно-образовательная среда системы переподготовки представляет собой системно организованную совокупность методов и средств передачи данных, информационных ресурсов, протоколов взаимодействия, аппаратно-программного и организационно-методического обеспечения, и ориентируется на удовлетворение образовательных потребностей пользователей.
Признание индивидуальности рассматривается как главная цель и результат применения информационных технологий обучения, учитывается в конструировании педагогических систем при обосновании требований к содержанию обучающего пространства. Основными задачами, связанными с созданием системы переподготовки, являются: определение и закрепление принципов организации и функционирования системы; разработка теоретических, научно-психологических основ и конкретных методик открытого обучения с учетом социо-культурной, профессиональной, этической, возрастно-психологической и иной специфики обучающихся; создание специализированных информационно-образовательных сред и курсов; разработка критериев, средств и систем контроля качества разработки и репродуцирования методических материалов, программ, курсов и их сопровождения; структурирования учебного материала и проектирования автоматизированных тестовых заданий различной степени сложности для интеллектуальной загрузки обучаемых с индивидуальными склонностями и уровнем подготовленности; комплексное использование мультимедийных компонентов при формировании методического наполнения курсов (движение, наглядность, цвет и т.д.).
Информатизация обучения требуют изменения содержания обучения на основе структурирования знаний. Масштабы информатизации образования ставят задачи разработки стандартов, определяющих привязку новых технологий к специфике деятельности образовательных учреждений, выбора и разработки концептуальной модели среды открытых систем учебного назначения.
При организации системы переподготовки необходимо соблюдать следующие аспекты: Гибкость - возможность заниматься в удобное для себя время, в удобном месте и темпе. Модульность - возможность из набора независимых модулей учебных курсов формировать учебный план, отвечающий индивидуальным или групповым потребностям. Параллельность - обучение без отрыва от производства.
Охват - одновременное обращение ко многим источникам учебной информации (электронным библиотекам, банкам данных, базам знаний и т.д.) и связи друг с другом и с преподавателями.
Экономичность - эффективное использование учебных площадей, технических средств, транспортных средств и т.д.
Технологичность - использование новейших достижений информационных и телекоммуникационных технологий.
Социальное равноправие - равные возможности получения образования независимо от места проживания, состояния здоровья, элитарности и материальной обеспеченности обучаемого.
Моделирование совместного процесса обучения и тестирования
Рассмотренные выше модели обучения и тестового контроля имеют самостоятельный характер. Ряд работ [56, 78] посвящен проблеме построения математических моделей, позволяющих объективно сравнить результаты обучаемых, начинающих с разного уровня подготовленности. Введено определение темпа прироста результатов: du\x) и (2.1) и[ i{x)dx где и — уровень знаний, х — время.
Теоретически бесспорно, что для определенного типа учебной, трудовой, воинской и прочих видов деятельности, имеющих вполне измеримый предел достижений, темп прироста тем меньше, чем выше уровень обученности. Уменьшение темпа может носить линейный или скорее, нелинейный характер. Для упрощения задачи примем гипотезу линейности уменьшения темпа прироста результатов достижений по мере роста обученности. Математически это можно выразить в виде дифференциального уравнения.
Если заданы начальные условия u(0)=iio , где положительную величину и можно трактовать как начальную подготовку обучаемого, то интегрируя уравнение, будем иметь: и(х) = А ио-е А 0 5 0_ (2.3) А + В-и0-{еАх-\) Откуда вытекает первое следствие: При достаточно большом количестве проведенных занятий (условимся в этом случае считать х— со), независимо от начальной подготовки і-го обучаемого: u0=0, Ui(oo)=AJBl. Отношение Al/Bl можно трактовать как прогнозируемый предел достижений данного обучаемого. Естественно принять дополнительное условие, что начальная подготовленность каждого обучаемого не превышает возможного предела достижений: и0 А/В. Смысл положительного параметра А: положив u— 0, A-lim— -у. Откуда видно, «- о и\х) что параметр А - это темп научения при нулевом уровне подготовленности.
Для определения индивидуальных параметров кривой учения -и0) и5 введено общепринятое условие минимума среднеквадратического отклонения теоретических данных от экспериментальных. В результате получается выражение: д(щ,А,В) = (ил-Е,к)\ (2-4) где {ik} - совокупность экспериментально найденных объемов научения і-го учащегося, соответствующих периодам 1,2,...,N. Для поиска минимума функции Q(u0,A,B) используются алгоритмы поисковой оптимизации.
Предложенная дифференциальная модель использовалась для проверки гипотезы пригодности модели, для прогнозирования конечных результатов и для проверки создания нового метода сравнения результатов обучения. Если на основании экспериментальных кривых обучения для совокупности учащихся идентифицированы соответствующие каждому из них пары (А\,В\), (А2,В2),..., (Ак, BR), где R - количество учащихся в группе и начальной подготовленности каждого соответственно была ию, u2o,..., uR0, то трудность в оценке индивидуальных достижений каждого учащегося вызвана их различной начальной подготовленностью. При одинаковой начальной обученности Ui(0)= 112(())=...= uR(0)= u0 знание параметров дает возможность предсказать объем научения у каждого обучающегося в заданный период N. Для обучаемого і этот объем может быть рассчитан по формуле: и А eA,N [є -1)- Bru0+ A, где і - номер испытуемого; u0 - условная начальная точка начальной подготовленности; N - число занятий.
Возможности современных информационных технологий просто колоссальны. Однако, нельзя просто в мощный инструмент вложить традиционные методы обучения и ожидать невиданного скачка эффективности. Нужна новая методика обучения, которая интегрирует весь накопленный арсенал средств автоматизации образовательной деятельности. Системы дистанционного обучения наиболее полно сочетают в себе новые информационные технологии вместе с современными методиками обучения.
Исходя из принципов построения интегрированной программно-моделирующей среды, обладающей характеристиками адаптации тестового контроля и адаптации образовательной траектории, предлагается создание системы, включающей весь спектр программных и математических компонентов.
В настоящее время в связи с быстрым развитием систем дистанционного обучения одной из самых важных проблем становится проблема эффективности обучения, которую в первом приближении можно описать как соотношение продолжительности и результативности обучения. В системах профессионального образования результат обучения не эквивалентен совокупности полученных знаний, умений, навыков, он должен в основном определяться степенью подготовки учащегося к профессиональной деятельности, и зависит прежде всего от содержания обучения. На сегодняшний день существует три способа формирования содержания образования: сверху вниз; сверху вниз с вариативной частью; снизу вверх по модульному принципу.
В первом случае содержание обучения жестко регламентируется образовательным стандартом. Эффективность такого образования сильно зависит от качества разработки стандартных методик. Поскольку формирование стандартных учебно-методических комплексов требует значительных временных затрат, первый способ мало пригоден для подготовки специалистов в быстро развивающихся отраслях таких, например, как компьютерная техника и компьютерные технологии. Кроме этого, жесткая регламентация затрудняет реализацию принципа индивидуального подхода к учащимся, негативно сказывается на мотивации учения.
С целью преодоления указанных выше недостатков в настоящее время применяется подход, суть которого состоит в выделении в содержании двух частей: базовой и вариативной. Выбор вариативной части зависит полностью от учащегося. Развитие информационных технологий и расширение рынка образовательных услуг привело к появлению систем открытого образования. Системы открытого типа сейчас чаще всего строятся по модульному принципу. Такое построение позволяет обучаемому самому выбирать и проходить последовательность учебно-информационных модулей, то есть самостоятельно строить свою траекторию обучения. В этом случае обучающая система практически не влияет на образовательную траекторию, то есть играет пассивную роль.
Как показали исследования, проведенные в системе довузовской подготовки, передача учащемуся полномочий в выборе образовательной траектории приводит к снижению эффективности образовательного процесса. Это обусловлено: возможностью рассогласования и несоответствия уровня подготовки учащегося и уровня сложности учебной информации; случайным (объективно неосознанным) формированием образовательных потребностей, в том числе под воздействием сиюминутной моды, а также конъюнктуры рынка рабочих мест.
Указанные обстоятельства привели к необходимости разработки и внедрения системы, построенной на основе активной модели выбора образовательной траектории. Основными отличительными особенностями такой системы является воздействие образовательной системы на формирование образовательных траекторий обучаемых, при этом за ними остается право окончательного выбора, т.е. система предлагает учащемуся различные варианты образовательных траекторий, добиваясь осознанной и произвольной реакции со стороны учащегося.
Формализованное представление учебного процесса
Курс подготовки представляет собой взаимосвязанный комплекс отдельных учебных дисциплин. Семантические и логические связи между этими дисциплинами во многом определяют последовательность их изложения (или их фрагментов), т.е. временную развертку процесса обучения. С внешней точки зрения, т.е. с точки зрения будущей деятельности специалиста, роль отдельных дисциплин различна, поэтому интегральная характеристика (рейтинг) освоения курса есть "взвешенная сумма" степени освоения ее составляющих.
С формальной точки зрения это означает, что итоговая оценка процесса обучения для конкретного обучаемого есть функция его оценок по отдельным дисциплинам: Я=Хг,,г2,...,гп), (3.1) где ij=rj(s) -частная оценка (рейтинг) по дисциплине disj, j=1,2,...,п. При этом влияние остальных компонент и параметров системы оценивания сказываются в ограничениях на вид функции / при выборе параметров, определяющих характер зависимости. Например, в случае аддитивной оценки: Г=\УіГ]+ W21"2+. + wnrn, (3 -2) где параметр w,- характеризует вес (роль, важность, влияние) дисциплины disj. Для того, чтобы сказанное выше было осмысленным необходимо дать спецификацию функции / и параметров wb w2,...5 wn, в частном случае для линейной зависимости. Это означает, что необходимо указать шкалу возможных значений для оценок г1з r2,..., гп„ и весов Wi, w2,..., wn. Отметим, что абстрактная спецификация функции/имеет вид: ft:D1xD2x...xDn- D (3-3) где: Dj - шкала частной оценки для дисциплины disj; D - итоговая шкала, причем D и Dj - упорядоченные множества, а функция f должна быть монотонной по каждому аргументу. Таким образом, Ist или коэффициенты wb w2,,.,, wn, в линейном случае служат параметрами схемы контроля и оценок (в линейном случае шкалы D, Dj - аддитивны). Заметим, что для такой схемы итоговой оценки система дисциплин представляет собой просто их неупорядоченный набор: Dis={disb dis2,..., disn}, 0-4) где disj - индекс дисциплины, т.е. связь между дисциплинами не учитывается. Учет связей приводит к необходимости формализации понятия системы дисциплин например, в виде: SD= Dis, Rsd , (3-5) где SD - система дисциплин; I)is - множество дисциплин; Rbd={Rubd}a6A - семейство бинарных отношений между дисциплинами. Эти отношения могут быть самыми разными, например отношениями: "изучаться раньше", "быть логическим основанием" и т.п. Наличие некоторого бинарного отношения R: RcDisxDis, (3-6) приводит к появлению системы "корреляционных" оценок: rij=r(disi, diSj)eDij, (З-7) где Djj - шкала корреляций, учитывающих степень согласованности по парам дисциплин. Учет этих оценок преобразует вид исходной функциональной зависимости интегральной оценки: r=f(rbr2,...,rn), (3-8) r=70b Г2,..., Гп, Гід,..., Гп.і п), (3-9)
Получение итоговой оценки сводится к получению частных оценок по отдельным дисциплинам. Но отношению к данной дисциплине эта оценка является итоговой, т.к. представляет собой оценку весьма длительного процесса изучения большого объема материала. Сама учебная дисциплина с внутренней точки зрения представляет собой некоторое структурное единство, важнейшими элементами которого являются основные понятия или термины, конкретные факты и законы (эмпирические и фундаментальные), связывающие эти понятия.
Традиционно логическую структуру учебной дисциплины представляют в виде иерархически организованной системы разделов. С формальной точки зрения это означает, что логическая структура дисциплины представляется деревом. При этом могут задаваться и другие "перекрестные" типы отношений и связей.
С точки зрения задачи оценивания непосредственно раздел представляет собой достаточно "крупную" единицу изучаемого материала. В соответствии с принципом непрерывности, т.е. распределенности контроля по объему и времени, представляется важным выделение порций, т.е. минимальных "логически-замкнутых" фрагментов разделов, подлежащих контролю и оценке. Порция характеризуется объемом и временным промежутком контроля.
Приведенная схема получения общей оценки по дисциплине статична в том смысле, что для ее получения необходимы значения оценок по всем разделам. Однако, желательно иметь значения "текущего" рейтинга, используемого как оперативную характеристику контроля знаний. Реально изучение дисциплины (и всей системы дисциплины) имеет определенную временную последовательность.
Формально для данной дисциплины такая последовательность изучения реализуется в виде структурного обхода дерева дисциплины и представляется в виде последовательности разделов, а в рамках данного раздела - последовательностью порций. Правые концы интервалов контроля порций r k, k—1,2,... раздела secj. а также концы периодов TseCj, отводимых на изучение разделов secj являются контрольными точками или точками пересчета текущего рейтинга. Последовательность этих точек называется контрольным графиком.
Если tkdis - конечная контрольная точка для данной дисциплины dis, то итерация функции пересчета Ч даст итоговый рейтинг обучаемого по данной дисциплине, зависящей от начального рейтинга к моменту начала изучения данной дисциплины и последовательности оценок по разделам или составляющим их пропорциям.
На функцию 4у накладывается основное ограничение в виде монотонности по каждой из переменных. Для аддитивной шкалы D(t) функция представляет: i/(x, y)=x+g(y), (ЗЛ?) где : D(p)- D(t) - функция, определяющая приращение рейтинга.
Таким образом, в динамической схеме вычисления рейтинга задача сводится к получению оценки конкретной порции. Контроль порции осуществляется посредством предъявления тестовых заданий, позволяющих с достаточной степенью уверенности судить об усвоении материала данной порции. Тестовые задания делятся по категориям (например, задачи относящиеся к статическим компонентам (терминам, законам) иди к динамическим (операциям, алгоритмам)). Каждое задание характеризуется некоторой мерой "сложности", задаваемой методистом или получаемой в результате экспертной оценки. Результат решения задания оценивается по некоторой шкале. В тестовых схемах эта оценка есть функция "веса" задачи и полученного ответа из заранее заданного списка альтернативных ответов.
Проектирование структуры программного комплекса
В четвертой главе диссертации рассматриваются вопросы построения программного комплекса автоматизации и моделирования процессов подготовки, переподготовки и аттестации сотрудников предприятий промышленности. Разработана структура базы данных, интегрирующая учебный план, тестовые задания результаты выполнения и временные характеристики доступа к учебно-методическим материалам. Комплекс реализован в рамках единой оболочки с универсальным интерфейсом и возможностью интеграции со стандартными пакетами. Комплекс разработан по открытому принципу и позволяет наращивать функциональные возможности в процессе функционирования.
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, методист, консультант и обучаемый. Все эти категории пользователей отличаются по их отношению к учебным материалам, которые определяют совокупность неделимых единиц учебной информации, соответствующих структуре знаний специализации, и тестовым заданиям, которые необходимы для контроля уровня знаний обучаемых. Все указанные категории пользователей работают в одном информационном пространстве. Базовым элементом является таблица Модуль (Modul). Посредством ключевого поля (m_id), имеется возможность получить информацию о всех учебных элементах (лекциях, практических и контрольных заданиях). Структура информации о модуле имеет более сложный вид. Это связано с более сложной смысловой и методической нагрузкой на понятие модуль.
Доступ к термам (Term), осуществляется опосредовано, через таблицу-связку (TennLink), при этом если привязка входного терма производиться на основе уже существующего выходного терма, то обязательно в поле (from_m) таблицы-связки указывается идентификатор модуля, где данный терм является выходным. Аналогично получению информации о термах, осуществляется доступ к информации об учебных материалах (Resource) через таблицу-связку (Res_use).
Данный набор данных предназначен для соотнесения требуемых знаний для получения определенной профессии (таблица Prof) и реальными знаниями, которые включаются в учебный план. Сравнение осуществляется на основе базовых понятий (термов) и количества часов.
Необходимость ведения функций контроля вызывает необходимость проработки системы защиты как информации о результатах аттестаций, так и учебно-методических материалов, которые являются собственностью предприятий. Разделение доступа в приложениях, управляющих базами данных, преследует две основные цели - недопущение (жесткое или мягкое) пользователя к тем функциям приложения, которые не входят в круг его функциональных обязанностей и предотвращение злоумышленного доступа к данным или их разрушения. Разрабатываемая система призвана решать преимущественно первую задачу разделения доступа, а также вторую на уровне возможностей конкретной версии сервера БД. Основная идея - дать конкретному пользователю в определенный момент времени ровно столько привилегий, сколько ему необходимо для полноценной работы. Структура доступа представлена на рис.4.5.
Права доступа к базе определяются на уровне сервера БД. Для облегчения работы администратора системы создан ряд таблиц и хранимых процедур, позволяющих автоматизировать процесс предоставления привилегий. Каждый преподаватель имеет свое имя пользователя и пароль. Каждый преподаватель имеет право изменять только свою дисциплину, либо, если он является руководителем направления, то и все остальные дисциплины этого направления. Все данные о преподавателях хранятся в таблице преподавателей. Единственным, кто имеет право изменять эту таблицу, является администратор. Администратор также имеет право изменять любую дисциплину. Также любой преподаватель, руководитель дисциплины либо администратор имеет право просматривать любую дисциплину, терм, модуль.
В диссертации реализованы механизмы интерфейсного взаимодействия с базовыми программными компонентами системы подготовки и структуризации учебных материалов являются «Конструктор тестовых заданий», «Конструктор лекций» и «Конструктор курсов».
Конструктор тестовых заданий представляет инструментальную среду разработки мультимедийных тестовых заданий («закрытое», «открытое», «соответствие», «на перетаскивание», их комбинации и др.).
Конструктор лекций представляет инструментальную среду формирования лекций, как последовательности мультимедийных фрагментов, реализованных в различных инструментальных средах. Основная функция - формирование лекции, сбалансированной по форме представления учебного материала.
Конструктор курсов представляет инструментальную среду структуризации лекций в рамках единого учебного курса.
Среда Администратора позволяет регистрировать обучаемых, консультантов и методистов, изменять их личные данные и сведения результате прохождения аттестаций. Администратор также управляет взаимодействием обучаемых, консультантов, методистов между собой и их привязкой к учебному материалу.
Среда консультанта обеспечивает контроль процесса обучения каждого сотрудника. Позволяет проводить групповые и индивидуальные консультационные занятия и т.д.
Среда обучаемого обеспечивает все необходимые функции доступа к учебным материалам и взаимодействия с консультантами.
Инструментальная среда консультанта, с одной стороны, предназначена для автоматизации просмотра результатов обучения, формирования временных характеристик просмотра каждого предъявленного модуля, а также результатов ответов на тестовые задания. С другой стороны, основная задача консультанта - формирование индивидуальной образовательной траектории для каждого обучаемого. Система обеспечивает автоматическую генерацию последовательности модулей, тестовые задания которых не были решены, а также базовых модулей, которые необходимы для усвоения предъявленных на основе автоматического анализа связности. Среда позволяет консультанту администрировать образовательный процесс каждого закрепленного за ним обучаемого.
