Введение к работе
Актуальность темы. Процессы глобализации, становление мирового информационного пространства, внедрение новых образовательных технологий изменяют подходы к решению традиционных вопросов образования. В последнее десятилетие остро строит проблема создания единого образовательного пространства. Ее решение требует внедрения обучающих систем в учебный процесс. Ряд известных коммерческих компаний разрабатывает высококачественные с точки зрения технических, программных, эргономических и других требований программные продукты учебного назначения, но не решает проблемы интерактивности, качественного оценивания знаний, широкого внедрения в образовательный процесс. Анализ данной области показал, что:
современные обучающие системы в полной мере не используют современные технологии обучения, в частности технологии e-Learning, признанные европейскими образовательными учреждениями;
в существующих обучающих системах отсутствуют готовые интерактивные, мультимедийные компоненты;
не уделяется достаточного внимания задачам подготовки качественных тестовых заданий (ТЗ);
отсутствует обобщенная модель, привязанная к существующему программному обеспечению, позволяющая ускорить процесс внедрения обучающих систем в учебный процесс.
Необходимость решения этих вопросов определили актуальность темы диссертационной работы, предопределили ее цель и задачи.
Исследованию задач разработки обучающих и тестирующих систем посвящены работы следующих российских учёных: В.С. Аванесова, Л.А. Александровой, Г.А. Атанова, А.И. и И.А. Башмаковых, В.П. Беспалько, П.Л. Брусиловского, В.И. Васильева, И.Х. Галеева, В.И. Гловы, Н.Ю. Добровольской, Л.Х. Зайнутдиновой, Л.В. Зайцевой, А.Д. Иванникова, Ю.В.Кольцова, Г.С. Курганской, А.Н. Майорова, Е.С. Полат, Л.А. Растригина, А.П. Свиридова, А.В. Соловова, Н.Ф. Талызиной, Т.Н. Тягуновой, М.Б. Челышковой и др. Зарубежный опыт по проблемам электронного обучения представлен в исследованиях таких авторов, как H. Bcker, P. De Bra, R. Glaser, G.J. Houben, B. Holtmerg, C. Kaplan, M. Keane, M. Kiyama, A. Kobsa, A.A. Lumsdaine, P. Miller, L. Pesin, E. Rich, S. Ritter, J. Self, B. Skinnery, G. Weber и др.
Объектом исследования являются технологии разработки информационных обучающих и тестирующих систем, используемых в учебном процессе технических вузов.
Предметом исследования являются методы, модели, алгоритмы для автоматизации создания обучающих систем.
Целью работы является повышение качества оценивания знаний обучаемого.
Научная задача работы заключается в разработке обобщенной модели интегрированной интерактивной обучающей системы, метода и алгоритмов оценивания знаний, комплекса программ оценивания тестовых заданий.
Достижение поставленной цели и задачи потребовало решения следующих вопросов:
анализа моделей создания интерактивных обучающих и тестирующих систем;
разработки обобщенной модели интегрированной интерактивной обучающей системы, модели интерактивной подсистемы оценивания знаний, конечно-автоматной модели выработки интерактивных воздействий;
разработки метода оценивания знаний;
разработки алгоритмов определения веса ТЗ, оценивания корректности тестового материала, сценариев тестирования;
создания и реализации комплекса программ оценивания тестовых заданий.
Методы исследований. Для решения поставленной задачи в диссертационной работе использовались: методы и технологии математического моделирования, численные методы, теория вероятности и математической статистики, теорий множеств, алгоритмов, распознавания образов, кластерного анализа.
Достоверность полученных результатов обоснована корректными теоретическими положениями, сравнением с результатами других авторов, проведением экспериментальных исследований с применением математических методов для количественной оценки полученных результатов и их качественной интерпретации, внедрением результатов работы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработаны обобщенная модель интегрированной интерактивной обучающей системы и модель интерактивной подсистемы оценивания знаний;
предложена конечно-автоматная модель выработки интерактивных воздействий;
предложен численный метод оценивания знаний «Штрафов и поощрений»;
разработаны алгоритмы определения веса тестового задания, оценивания корректности тестового материала и комплекс программ.
Теоретическая значимость работы заключается в разработке моделей интегрированной интерактивной обучающей системы (ИИнОС) и интерактивной подсистемы оценивания знаний, конечно-автоматной модели выработки интерактивных воздействий, а также в разработке метода оценивания знаний.
Практическая ценность работы заключается в реализации на основе предложенных алгоритмов комплекса программ оценивания корректности тестового материала и определения веса тестовых заданий.
Публикации. Содержание диссертационной работы отражено в 27 работах, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 4 статьи и 21 работа в материалах и трудах конференций.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: международных научно-практических и научно-методических конференциях «Инновационное образование в техническом университете» г. Казань, 2004г.; «VIII Королевские чтения» г. Самара, 2005г.; «Информационная культура в системе подготовки будущего инженера» г. Нижнекамск, 2006г.; «XIV Туполевские чтения» г. Казань, 2006г.; «Информационные технологии в науке, образовании и производстве», г. Казань, 2007г; «Инфокоммуникационные технологии глобального информационного общества» г. Казань, 2007г., 2008г.; «XV Туполевские чтения» г. Казань, 2007г.; «Наука и профессиональное образование» г. Нижнекамск, 2007г.; «Технологии электронного обучения в современном вузе» г. Минск, 2008г.; «Наука и профессиональная деятельность» г. Нижнекамск, 2008г.; «XVI Туполевские чтения» г. Казань, 2008г.; «XXXIV Гагаринские чтения» г. Москва, 2008г.; «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций ПТиТТ-2008» г. Казань, 2008г.
Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований:
внедрены в учебный процесс КГТУ им. А.Н. Туполева и используются при подготовке тестовых заданий преподавателями кафедры СИБ;
прошли успешную апробацию и внедрены в учебный процесс ЧОУ ВПО Институт экономики, управления и права г. Казань;
используются при оценивании тестового материала в Региональном учебно-информационном центре «ОБРАЗОВАНИЕ».
Пути дальнейшей реализации результатов работы. Созданный комплекс программ планируется использовать в составе интегрированных интерактивных обучающих систем, как инструмент преподавателя для формирования тестового банка и оценивания знаний обучаемого.
На защиту выносятся:
функциональные модели интегрированной интерактивной обучающей системы и подсистемы оценивания знаний;
конечно-автоматная модель выработки интерактивных воздействий;
метод оценивания знаний;
алгоритмы определения веса тестового задания и оценки корректности тестового материала;
комплекс программ оценивания тестовых заданий.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 75 рисунков, 34 таблицы, состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы из 180 наименований на 17 страницах.
Личный вклад автора состоит в следующем:
выполнен анализ структур обучающих систем, их наполнения и технологий реализации;
разработана обобщенная модель интегрированной интерактивной обучающей системы;
разработана модель интерактивной подсистемы оценивания знаний;
предложена конечно-автоматная модель выработки интерактивных воздействий;
разработаны алгоритмы оценивания знаний, оценивания тестового материала;
реализован комплекс программ оценивания тестовых заданий.
