Введение к работе
Актуальность работы. Одной из тенденций развития системы образования в современных условиях является увеличение роли информационных технологий в предметном образовании. Информационные технологии могут использоваться для автоматизации уже существующих процессов в традиционных формах обучения, либо использоваться для реализации новых форм и методов обучения, невозможных без информационных технологий. Наиболее характерным примером последнего является дистанционное обучение.
Одним из процессов, который используется в традиционных формах обучения, является подготовка различающихся вариантов одного задания. Несколько вариантов позволяют индивидуализировать задания, что в первую очередь необходимо для исключения совместного решения заданий учащимися. Процесс подготовки различных вариантов заданий традиционно считается трудоёмким. Общепринятой практикой является избегание этого процесса и замена его другими способами, которые не всегда настолько же эффективны.
Самым распространённым примером использования многовариантных заданий является введённый в России некоторое время назад единый государственный экзамен (ЕГЭ), который служит одновременно выпускным экзаменом из школы и вступительным экзаменом в вузы и ссузы. В ЕГЭ варианты введены для решения указанной проблемы об исключении совместных решений и, тем самым, увеличению объективности его результатов. Помимо ЕГЭ многовариантные задачи используются в других экзаменах, олимпиадах и конкурсах разного уровня.
Появление доступных преподавателям вычислительных средств привело к попыткам автоматизации ими процесса создания многовариантных заданий для поддержки своих собственных занятий и курсов. Преподавателями опубликованы ряд статей в журналах и заметок на своих Интернет-страницах, в которых они делятся опытом создания автоматических генераторов заданий с помощью различных технологий. Количество преподавателей, которые реализовали автоматическую генерацию, но не написали об этом статью или не выложили информацию в Интернет, учёту не поддается.
Большинство преподавателей не имеют достаточной квалификации, чтобы автоматизировать процесс создания многовариантных заданий. Предоставление широкому классу преподавателей доступа к многовариантным заданиям является одним из шагов к решению ещё одной актуальной проблемы — приобщению преподавателей к использованию информационных технологий в своей практике. Особенностью предлагаемого подхода к автоматизации генерации является то, что она создаёт задания в классической форме: они выдаются на бумаге во время занятия без компьютеров. Тем самым, внедрение автоматической генерации в практику работы преподавателей позволит познакомить их с возможностями информационных технологий, не требуя при этом изменять привычный процесс проведения занятий, а в будущем, возможно, заинтересоваться и другими возможностями информационных технологий.
Таким образом, тема диссертационного исследования является актуальной, а его результаты будут востребованы системой образования.
Целью диссертационной работы является разработка методов автоматизации процесса создания и использования многовариантов учебных заданий и комплектов многовариантных учебных заданий. Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи:
-
Анализ потребностей преподавателей-программистов, разрабатывающих программы для автоматической генерации условий многовариантных заданий.
-
Анализ возможностей использования систем компьютерной алгебры и компьютерной вёрстки для создания генераторов математических задач.
-
Разработка предметно-ориентированного языка, позволяющего использовать системы компьютерной алгебры и компьютерной вёрстки для конструирования генераторов многовариантных заданий.
-
Анализ возможностей создания генераторов условий многовариантных заданий преподавателями, не имеющими достаточной квалификации для написания программ.
-
Анализ методов создания пакетов многовариантных заданий с помощью готовых генераторов многовариантных заданий преподавателями с разным уровнем квалификации.
-
Разработка и реализация системы, позволяющей использовать различные методы создания генераторов, предназначенные для преподавателей с разным уровнем квалификации, обмениваться созданными генераторами и подготоваливать с их помощью пакеты многовариантных заданий.
-
Разработка и реализция системы, предоставляющей возможность использовать разработанный предметно-ориентированный язык конструирования генераторов многовариантных заданий.
-
Исследование разработанных методов и внедрение результатов работы в учебный процесс.
Научная новизна На защиту выносятся результаты, обладающие научной новизной.
-
-
Метод создания генераторов на основе предметно-ориентированного языка, поддерживающего использование систем компьютерной алгебры и компьютерной вёрстки.
-
Инструментальное средство для автоматизации процесса подготовки комплектов многовариантных заданий и их вёрстки.
-
Инструментальное средство для создания генераторов пользователями высокой квалификации с помощью предметно-ориентированного языка, основанного на ECMAScript и поддерживающего использование системы компьютерной алгебры Maxima.
Практическая значимость Результаты, полученные в диссертации, используются на практике для следующих целей:
1. С помощью методов генерации заданий подготовлены многовариантные задания для использования в рамках ресурса «Математика в школе, XXI
век», разработанного в рамках конкурса НФПК «Разработка Инновационных учебно-методических комплексов (ИУМК) для системы общего образования».
-
-
-
С помощью методов генерации заданий подготовлены варианты задач ин- тернет-олпмппады по математике, проведенной в СПбГУ ИТМО в 2007 и 2009 годах.
-
Технологии генерации используются всеми преподавателями кафедры Высшей Математики 2, факультета компьютерных технологий и информатики
СПбГЭТУ «лэти».
-
-
-
Разработанный подход, методы и инструменты включены в качестве раздела магистерского курса «Информационные технологии в образовании и представлении знаний» в СПбГЭТУ «ЛЭТИ».
-
Разработанный подход, методы и инструменты включены в качестве в качестве раздела курса «Технологии разработки обучающих программ» на математико-механическом факультете СПбГУ.
-
Разработанная концепция, предметно-ориентированный язык и автоматизированная технологическая цепочка реализована в рамках открытого интернет-приложения и используется преподавателями Санкт-Петербурга.
-
Потенциальным применением разработанных методов является подготовка основных и тренировочных вариантов единого государственного экзамена, а так же других экзаменов, олимпиад и конкурсов различного уровня.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-методических конференциях: Международный форум «Современное образование: содержание, технологии, качество», СПбГЭТУ 2010, научно-методическая конференция «Дистанционное обучение — обра- зовтельная среда XXI века», Минск, 2011, конференция преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ» (2011), труды научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2009» (23-24 июня 2009 года, Санкт-Петербург, Политехнический университет), на XXXIX Научной и учебно-методической конференциях СПбГУ ИТМО в 2010 г., на городском семинаре «Компьютерные инструменты в преподавании математики» в 2008-2010 г.г., на курсах повышения квалификации преподавателей математики, проводимых под эгидой комитета по образованию Санкт-Петербурга (2012), на семинаре для учителей информатики в Академии постдипломного профессионального образования (2012), на 12-ом международном конгрессе по математическому образованию ICME-12 (2012).
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций, полученных в диссертации, подтверждается корректным обоснованием постановок задач, точной формулировкой критериев, проведённым анализом базовых работ в исследуемой области, опорой на признанное программное обеспечение в области символьных вычислений и обработки текста, а также актами внедрения.
Методы исследования. В работе использованы дискретная математика, теория символьных вычислений, методы проектирования программных систем, языков предметной области и построения графических человеко-машинных интерфейсов.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 10 печатных работах, из них 5 статей в рецензируемых журналах [ - ], 3 тезисов докладов на конференциях [ - ], 2 статьи в профильных журналах [ , ].
Личный вклад автора Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации некоторых полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причём в шести публикациях из десяти вклад автора был определяющим [2, 4, 5, 7 9]. Все представленные в диссертации результаты получены лично автором.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 4 глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации 120 страниц, из них 110 страниц текста, включая 20 рисунков. Библиография включает 40 наименований на 2 страницах.
Похожие диссертации на Автоматизация процесса разработки и использования многовариантных учебных заданий
-
-
-
-
-
