Введение к работе
Актуальность темы. Актуальность темы определяется, в первую очередь, потребностями повышения эффективности процесса обучения при снижении материальных затрат.
Анализ передовых, в экономическом отношении стран, показывает, что інформатизация образования является одним из ключевых условий, определяющих последующее успешное развитие экономики, науки и культуры. Рос-:ийская Федерация также встала на этот проверенный жизнью курс. Развитие :траны на современном этапе в значительной степени определяется прогрессом ! области компьютерных средств и внедрением новых информационных техно-югий.
Информатизация образования является одним из важнейших направлений інформатизации России. Знания и навыки, приобретаемые при обучении бувшими специалистами, в дальнейшем, во многом определяют пути развития ібщества. В вузах и других учебных заведениях сосредоточено большое коли-:ество прогрессивных и восприимчивых к новому научно-технических кадров. )то существенно облегчает внедрение новых информационных технологий в чебных заведениях и делает эффективной разработку новых информационных истем для различных государственных и коммерческих структур силами этих адров.
Целью информатизации образования является радикальное повышение ффективности и качества подготовки специалистов до уровня, достигнутого в азвитых странах, т.е. подготовка кадров с новым типом мышления, соответст-угощим требованиям постиндустриального общества. Достичь поставленной ели можно, лишь, усовершенствовав систему образования на основе широкого яедрения новых информационных технологий, решив для этого следующие ідачи:
приобретение будущими специалистами знаний в области новых информационных технологий и навыков их применения в своей профессиональной деятельности;
повышение интенсивности и эффективности обучения, создание условий и средств для индивидуального повышения квалификации специалистами на постоянной основе;
эффективное и оперативное управление, как образовательными учреждениями, так и всей системой образования в целом;
коммерческое использование разработок образовательных учреждений с целью самофинансирования их оснащения и работ в области информатизации образования;
информационная интеграция образовательных учреждений и всей системы образования Российской Федерации в мировую систему.
Современные технологии обучения характеризуются все более интенсив-[м использованием компьютерной техники. Экспертные оценки показывают
высокую зависимость эффективности усвоения и запоминания учебной информации от формы ее представления и способа подачи. Многочисленные исследования подтверждают успех систем обучения с применение компьютеров: внимание во время работы с обучающей интерактивной программой на базе мультимедиа, как правило, удваивается, а приобретенные знания сохраняются в памяти значительно дольше.
Одно из направлений компьютерной технологии, интенсивно развивающееся в настоящее время - технология мультимедиа. Применение этой технологии позволяет добиться сочетания в одном программном продукте информации различных видов - текста, аудиофрагментов, видеоизображений, графических рисунков и др. Применение технологии мультимедиа при создании обучающих систем позволяет существенно повысить их наглядность а, следовательно, и эффективность.
Необходимо отметить, что внедрение компьютерной технологии в систему образования не ставит целью полную замену человека в процессе обучения. Основная цель - расширение возможностей преподавателя и создание инструментария с помощью которого обучаемый мог бы наиболее полно удовлетворить свои познавательные потребности. Таким образом, в процессе применения мультимедийных обучающих систем (МОС) возникает необходимость решения трех основных задач:
обеспечение передачи знаний от МОС к обучаемому;
контроль знаний;
предоставление справочной информации по запросу.
Существующие обучающие системы различаются по степени универсальности и по числу предлагаемых функций. Основная их часть, в целом, решая поставленные перед ними задачи, не лишена недостатков. Среди недостатков современных обучающих систем можно выделить следующие:
трудность подготовки учебных материалов из-за недостаточной функциональности встроенных редакторов;
замкнутость систем вследствие использования специфичных форматов хранения учебных материалов;
отсутствие наглядности при представлении учебных материалов;
отсутствие квалифицированных консультативных услуг.
Устранение отмеченных недостатков возможно при использовании МОС.
Необходимо отметить, что МОС принципиально отличаются от традиционных текстово-графических автоматизированных обучающих систем, что позволяет выделить МОС в отдельный самостоятельный класс автоматизированных систем.
Реализация стратегической цели - вывод России из кризиса, достижение высоких экономических и социальных результатов, определение роли полноправного партнера в мировой экономической системе, в значительной мере зависят от того, каковы будут масштабы использования новых информационных
технологий во всех сферах деятельности, т.е. на сколько эффективно эти технологии будут влиять на повышение производительности общественного труда.
Таким образом, разработка концепции организации МОС, принципов проектирования и построения рассматриваемого класса систем является одной из важнейших научно-технических проблем.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка теоретических положений, математического и программного обеспечения автоматизации процесса обучения, позволяющие создавать МОС, функционирующие как локально, так и в сетях.
Для достижения намеченной цели были поставлены и решены следующие задачи:
разработка принципов проектирования и построения интерактивных обучающих мультимедийных систем;
разработка архитектуры МОС;
исследование возможности распознавания речи в МОС;
разработка принципов организации диалога в МОС на естественном языке;
разработка математического и программного обеспечения функционирования МОС.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы аппарата теории множеств, теории вероятностей, теории принятия решений, методы оптимизации, теории автоматов и структурного анализа. При программной реализации предлагаемых методов и алгоритмов, использованы технологии объектного, структурного и модульного программирования.
Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработаны, обобщены и сформулированы принципы проектирования и построения интерактивных МОС.
-
На основании проведенных исследований разработана архитектура МОС.
-
Предложен и обоснован метод, обеспечивающий пользователю адекватное взаимодействие с компьютером. Данный метод заключается в использовании интеллектуального интерфейса.
-
Разработан и обоснован подход, предусматривающий представление предметной области мультимедийного ОК в виде сети фреймов, узлам которой соответствуют экранные формы, содержащие учебный материал.
-
Разработана архитектура системы управления данными обучающих мультимедийных систем (СУДМОС) и предложен метод организации управления данными МОС, обеспечивающие создание и поддержание двухуровневой распределенной базы копий фрагментов учебной информации и позволяющие адаптировать различные СУБД к задачам использования их в МОС.
6. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследо
ваний были разработаны принципы организации диалога с ЭВМ на ес
тественном языке, принципы организации словаря и работы со слова
рем и принципы обработки запроса на естественном языке.
7. Предложен метод организации данных и контекстного поиска в МОС.
Практическая значимость. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, разработанных в диссертации, подтверждена результатами их практического использования. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Московской государственной академии приборостроения и информатики, Военной академии ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого, Московского государственного института электроники и математики (технического университета), Вятского государственного технического университета, Московской финансово-юридической академии, Русского университета инноваций. Разработанные в диссертации концепции, принципы и методы внедрены и широко используются в методических пособиях и указаниях Государственного координационного центра информационных технологий Минобразования Российской Федерации. Программные разработки, полученные в диссертации, представлены в Фонд алгоритмов и программ высшей школы и зарегистрированы в Информационно-библиотечном фонде Российской Федерации.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
международной конференции «Информационные средства и технологии», Москва, 24-26 октября 1995г.
международной научно-технической конференции «Информационные технологии в моделировании и управлении», Санкт-Петербург, 25-27 июня 1996г.
II международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права», Сочи, 27 сентября - 3 октября 1999г.
научно-технических семинарах и конференциях кафедр «Системное программное обеспечение ЭВМ», «Автоматизированные системы обработки информации и управления» и «Персональные компьютеры и сети» МГАПИ.
Публикации. По основным результатам диссертационной работы опубликовано около 60 печатных работ, в том числе монография «Основные принципы проектирования и применения мультимедийных обучающих систем», М.: «Машиностроение», 1999. - 318с.
Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и библиографического списка.
