Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Компьютерные методы и средства в учебном процессе 12
1.1. Обзор теоретических основ современного обучения 12
1.1.1. Основные теоретические понятия обучения 12
1.1.2. Программированное обучение 15
1.2. Методы и средства компьютерного обучения 19
1.2.1. Исторический обзор средств компьютерного обучения 19
12.2. Средства компьютерного обучения 23
1.3. Обучение через Интернет 27
1.4. Структура учебного курса дифференцированной системы обучения через Интернет 33
Глава 2. Математические модели для разработки компьютерны средств обучени я 37
2.1. Структурная модель знаний 38
2.1.1. Свойства {-блоков 39
2.1.2. Граф знаний и обучающий кластер 39
2.1.3. Порождение графа знаний в процессе детализации знаний 46
2.2. Ярусно-параллельная форма представления графа KN 53
2.3. Планирование учебного процесса 56
2.4. Модели оценивания сложных структур знаний 59
2.4.1. Модели оценивания знаний с учетом коррекции многослойной детализации 60
2.4.2. Модели оценивания знаний в одном слое детализации с учетом коррекции по графу знаний KN 63
Глава 3. Методика контроля знаний и организации обучения на основе KFS модели 69
3.1. Модели обучения, учитывающие логические связи в KFS 70
3.2. Структура возвратов restudy в программах обучения при контроле выходов логических блоков обучения 73
3.3. Структура возвратов restudy в программах обучения при контроле входов в логический блок обучения 79
3.4. Семантические карты контроля 82
3.5. Автоматы контроля для семантических карт 84
3.5.1 Автономный автомат возвратов restudy для
семантической карты контроля выходов (ААО) 84
3.5.2. Автономный автомат возвратов restudy для
семантической карты контроля входов (AAI) 86
Глава 4. Концептуально-логическая модель системы дифференцированного Интернет-обучения 90
4.1. Задачи системы дифференцированного обучения 90
4.2 Проектирование системы дифференцированного обучения 94
4.2.1 Методы моделирования информационной системы 94
4.2.2 Концептуально-логическая модель учебной информации системы дифференцированного обучения 99
4.2.3. Концептуально-логическая модель учебного процесса
в системе дифференцированного обучения 103
Глава 5. Система дифференцированного Интернет - обучения 108
5.1. Архитектура системы дифференцированного обучения 108
5.1.1 Технология клиент-сервер в распределенной обработке данных 108
5.1.2 Сервер баз данных системы дифференцированного обучения 117
5.1.3 Сервер приложений системы дифференцированного обучения 125
5.2 Реализация системы дифференцированного Интернет - обучения 128
5.2.1 Организация работы системы дифференцированного обучения 128
5.2.2 Система формирования учебных курсов 130
5.2.2.1 Конструктор учебных курсов 131
5.2.2.2 Формирование библиотеки учебных материков 136
5.2.2.3 Система контроля знаний 138
5.2.3. Организация учебного процесса в системе дифференцированного Интернет обучения 140
5.2.3.1. Подсистема обучения для студента 140
5.2.3.2. Подсистема сопровождения курса для
преподавателя-тьютора 143
5.3.3.3. Система управления учебным процессом «Деканат» 146
Заключение 152
Список литературы
- Основные теоретические понятия обучения
- Порождение графа знаний в процессе детализации знаний
- Структура возвратов restudy в программах обучения при контроле выходов логических блоков обучения
- Концептуально-логическая модель учебной информации системы дифференцированного обучения
Введение к работе
Актуальность работы определяется, с одной стороны, быстрым развитием информационных технологий (ИТ) и целесообразностью их эффективного применения в процессе обучения и для организации обучения; с другой стороны, отсутствием соответствующих подходов, методик и современных инструментальных средств для научного обоснования и создания современной технологии обучения.
В наше время, когда информация, знания становятся основной ценностью общества и ресурсом его развития, причем не только духовного и интеллектуального, но и экономического, применение новых информационных технологий стало насущной необходимостью. Информационные и коммуникационные технологии по признанию специалистов являются одним из приоритетных направлений науки и техники, которые в XXI веке станут решающими, критическими [39]. Но для общего прогресса в первую очередь следует обеспечить их надлежащее использование в образовании и обучении.
В настоящее время очевидны значительные успехи в технических методах передачи информации, но в решении проблемы представления и передачи знаний мы находимся еще в начале пути. Современное общество испытывает колоссальную потребность в новых подходах к решению этой проблемы, и поиск формальных механизмов извлечения и структуризации знаний стал важным научным направлением [27, 29, 49, 106, 120]. Эта задача является основной при переходе от традиционных к новым формам и методам в обучении, необходимость ее решения становится жизненно важной на современном этапе и требует широкого применения современных информационных технологий в образовании [4, 39, 51, 56, 61, 62, 71, 146, 172].
Эффективное применение информационных технологий в России определено одним из приоритетных направлений государственной политики в области образования [28, 34, 50, 56, 113]. Ожидается, что применение информационных технологий в образовании позволит:
значительно повысить эффективность работ во всех видах образовательной деятельности;
увеличить количество людей, желающих получить качественное образование и возможностями системы образования их представить;
объединить усилия и организовать совместное творчество многих коллективов и отдельных специалистов, независимо от их местожительства [101].
Неотложной становится проблема качественного изменения состояния всей информационной среды системы образования для предоставлении новых возможностей как для опережающего развития каждой личности, так и для роста совокупного общественного интеллекта [22, 80, 179].
Важным и эффективным условием прогресса любого общества являлось и является создание и расширение единого интерактивного информационного пространства [141]. Именно единые информационные пространства исторически в значительной степени способствовали ускорению развития всего человечества в целом, являлись решающим фактором совершенствования цивилизации во всех сферах, так было с книгопечатанием, телефоном, радио, телевидением, и теперь с современными телекоммуникационными технологиями. Обмен знаниями, объединение усилий по дальнейшему познанию природы, по развитию науки, техники, культуры — все это способствует эффективному повышению материального уровня. Поэтому создание единого интерактивного информационного пространства можно считать стратегической цепью внедрения современных и перспективных информационных технологий во все сферы человеческой деятельности. Решение этой задачи требует новых подходов в обучении.
В современном мире человеческая индивидуальность выступает в качестве основы общественных связей людей. Сложность и многообразие задач, возникающих перед обществом, требуют индивидуальной инициативы, а, следовательно, и индивидуального разнообразия. Именно поэтому свободное развитие индивидуальности является условием развития и эволюции об-
щества. Для современной системы образования это положение выступает основополагающим фактором. Обучающиеся должны быть вовлечены в обширный открытый мир, что позволяет человеку реализовать свои потенциальные возможности [2] .
В современных условиях недопустимо ограничивать обучение передачей и усвоением знаний и опыта традиционным образом, когда активной является только одна сторона - преподаватель, а другая (обучаемый) должна пассивно «усваивать материал». В настоящее время жизненно важно научить будущего специалиста самого видеть и решать возникающие в разных областях проблемы, уметь работать с информацией, анализировать ее, самостоятельно формировать знания [22].
Современное образование - это не только результат обучения, воспитания и развития личности, но и результат самообучения, самовоспитания и саморазвития личности [79, 124].
Поэтому сегодня главная проблема, решение которой требует принципиально новых форм, методов и технологий - это не просто усвоение знаний, а развитие одновременно критического мышления, способности творчески применить полученные знания для решения новых задач и получения нового знания. Новые информационные технологии предоставляют средства для решения этой проблемы.
Безусловно, применение информационных технологий в образовании должно быть комплексным, его главная задача - сформировать единое информационное пространство обучения. Поэтому все стороны образовательной деятельности, включая исследовательскую работу, управление, финансирование, маркетинг, хозяйственную деятельность требуют компьютерной поддержки. Но ключевым моментом в образовательной деятельности является именно обучение, поэтому настоящая работа посвящена разработке моделей, методов и инструментальных средств информационных технологий, обеспечивающих новые формы обучения.
Предметом исследований в настоящей работе стали методы и средства структуризации знаний при компьютерном обучении, формирование на их основе как индивидуального, так и группового процессов обучения и построение методик формальной оценки знаний.
Целью работы является создание методологии дифференцированного обучения на основе современных информационных технологий, включающей модели, методы, технологию и инструментальные средства для формирования электронных учебных курсов и организации процесса обучения.
Методами и средствами исследования являются системный анализ, математическое моделирование, информационное моделирование данных и знаний, объектно-ориентированный подход к проектированию и программированию.
Научная новизна:
Проблема обучения рассматривается как часть более общей проблемы получения, структурирования, передачи и преобразования знаний, что позволяет применить в области образования научные методы, основанные на системном анализе и математическом моделировании.
Предложен методический подход к построению оригинальной технологии дифференцированного обучения на основе моделирования и структурирования знаний и их передачи посредством современных телекоммуникаций.
Сформулированы методические принципы построения современной технологии дифференцированного обучения, включающие:
общую концепцию построения технологии обучения, базирующуюся на разработке математической модели представления знаний (учебного материала), выборе альтернативных путей обучения в рамках учебного курса и управлении процессом обучения;
принципы построения адаптивных учебных курсов, основанные на реализации элементов математической модели (потоков знаний в учебном курсе) в виде соответствующих блоков и связей между ними;
архитектуру системы дифференцированного обучения на базе Internet, основанную на предлагаемой технологии. Разработаны методы проектирования программно-инструментальной системы дифференцированного обучения, предусматривающие интеграцию разнородных элементов, послойное представление знаний с возможностью их детализации или агрегирования и дружественный по отношению к пользователю адаптивный интерфейс, настраиваемый в зависимости от категории пользователей (уровня подготовки и др.). На защиту выносятся:
1. Методология дифференцированного обучения на основе современных
информационных технологий, состоящая из математических моделей
представления учебного материала, методик формализованной оценки
знаний и формируемой на их основе модели процессов изучения.
2. Конструктор адаптивных учебных курсов, разработанный на основе
математических моделей дифференцированного обучения.
3. Система дифференцированного обучения через Интернет, построенная
на методологии дифференцированного обучения.
Основные научные и практические результаты:
Выполненная работа является вкладом в развитие научного направления, связанного с получением, структурированием, передачей и преобразованием знаний, и решением актуальной научно-практической проблемы - моделирования, проектирования и разработки системы дифференцированного обучения с использованием современных телекоммуникаций и информационных технологий.
Практическая ценность:
Разработана система дифференцированного обучения с использованием современных телекоммуникаций и информационных технологий для организации обучения в учебных заведениях и учебных центрах России. На разработку курсов в системе дифференцированного обучения получен грант Информационного Агентства правительства США. Система дифференциро-
ванного обучения обеспечивает учебный процесс в институте бизнеса и международного менеджмента Иркутского государственного университета. В системе разработано 12 учебных курсов, каждый из которых имеет несколько версий, по которым ведется обучение. Учебная программа курса «Информационные технологии в управлении», разработанная автором, заняла 3 место во Всероссийском конкурсе учебных программ 2000 года.
Апробация
Основные результаты обсуждались на конференциях и семинарах: Institute's of Econometrics, Operation Research and System Theory seminar, University of Technology, Vienna, 1993,1996,1998; 14th International Congress of Cybernetics, Namur (Belgium), 1995; Seminar «Formal methods of Knowledge Representation» University of Siegen, Germany, 1996; International conference of WACRA on sustainable development, Madrid, 1997; International seminar (TACIS) "Problems of Education Development", Vienna, 1997; International seminar "Distance Education", University Maryland University College, 1998; Международная научно-практическая конференция «Информационные технологии в бизнес- образовании: опыт и проблемы», Иркутск, 1996, 1997, 1998, 1999,2000; конференции RELARN'96, Москва, 1996; XV Международная школа-семинар "Информационные технологии в задачах математического моделирования", Новосибирск, 1998; Международная конференция «Математика, информатика и управление (МИУ2000), Иркутск, 2000; Всесоюзный семинар «Передовой опыт в рамках комплексной программы целевой интенсивной подготовки специалистов», Москва, 1988; Всесоюзная школа-семинар по пакетам прикладных программ - Москва 1987, Владивосток 1989, Томск, 1990, Адлер 1991; Всероссийская научная конференция "Научный сервис в сети Интернет", Новороссийск, 1999,2000; Всероссийский семинар «Информационные технологии в исследованиях сложных систем», Иркутск, 1995, 1997, 1999, 2000; Всероссийский семинар "Информационные технологии в энергетике" 1997,1998,1999, 2000; Межрегиональная конференция «Научно-образовательные центры и региональное развитие», Переславль-
Залесский, 1998; Конференции «Региональная информатика - 2001», Иркутск, 2001; Межинститутский городской семинар "Информационные технологии", Иркутск, 2000, 2001; ; семинар кафедры программирования НГУ, Новосибирск, 2001; семинар кафедры "Математическая кибернетика" МАИ, Москва, 2001; объединенный семинар программистских кафедр ВМК МГУ, Москва, 2001; семинар отделения "Программирование" ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, Москва, 2001.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 27 работ, в том числе монография. Публикации отражают все основные результаты диссертационной работы.
Объем и структура работы.
Работа содержит 186 страниц, в том числе 155 страниц основного текста, иллюстрированного 47 рисунками и состоит из введения, пяти глав, заключения, перечня литературы и приложений.
В первой главе обсуждается история развития, состояние и проблемы компьютерного обучения в учебном процессе. Приводится краткий обзор методов, схем и теории обучения, в том числе обсуждается метод программированного обучения. Приводится краткий исторический анализ применения компьютерных средств обучении и описываются существующие модели и методы компьютерного обучения. Приводится краткий обзор существующих систем Интернет-обучения. Здесь также рассматриваются структура учебного компьютерного курса.
Вторая глава посвящена формальной модели обучения, построенной на основе структурной модели знаний учебного материала (Knowledge Flow Structure- KFS), описывается методика поэтапного построения KFS модели, проводится ее исследование, анализируются основные свойства структурной модели учебного материала. На основе построенной модели строится и исследуется множество путей изучения курса - как индивидуального, так и группового. Строятся и исследуются методы оценивания знаний, основанные на структурной модели учебного материала.
В третьей главе представлена методика контроля знаний студента и организация процесса обучения на его основе. Здесь рассматриваются модели и методы динамической настройки процесса обучения: повторное изучение студентом тех или иных учебных блоков, переходы на другие уровни изучения по результатам выполнения входного или выходного контроля.
Четвертая глава содержит описание концептуально-логической модели системы дифференцированного обучения, формируемое на основе приведенной математической модели. Объектно-ориентированный подход при проектировании системы обеспечивает модульность самой системы и учебного курса, возможность поэтапной разработки и постоянного развития. Приводится описание общей схемы учебного процесса для всех групп пользователей системы дифференцированного обучения.
Программная реализация системы дифференцированного обучения для работы в среде Интернет описывается в пятой главе. Приводится обоснование выбора архитектуры клиент - сервер приложений - сервер баз данных и описание инструментальных средств для ее реализации. Рассматривается структура базы данных системы дифференцированного Интернет-обучения, а также состав и схема работы сервера приложений. Приводится описание подсистемы формирования учебных курсов и подсистемы организации учебного процесса с примерами интерфейса.
В заключении перечислены основные результаты работы и определены основные направления развития технологии дифференцированного Интернет обучения.
Автор выражает глубокую благодарность руководству Байкальского института бизнеса и международного менеджмента Иркутского государственного университета за постоянную поддержку работы и коллективу лаборатории информационных технологий, участвующих в разработке системы дифференцированного обучения через Интернет и, в первую очередь, Песковой Л.А. и Юдалевич Н.В.
Основные теоретические понятия обучения
В этом разделе приводятся термины и их толкования, используемые в настоящей работе. По классическому определению, дидактика (от греч. didaktikos-поучающий, относящийся к обучению) - часть педагогики, разрабатывающая теорию образования и обучения, воспитания в процессе обучения. Предметом исследования дидактики являются цели, содержание, закономерности и принципы обучения [103]. Дидактика определяет, что из накопленной человечеством культуры должно стать содержанием образования и характеристикой образованной личности, она является теорией образования [41]. Чтобы обеспечить усвоение учащимися знаний, необходимо опираться на закономерности обучения, развития и укрепления умений, способностей. Знание закономерностей позволяет разрабатывать эффективные способы обучения. Задачей дидактики является исследование закономерностей и обобщение их в теорию обучения. Решение общетеоретических задач дает основу для выработки конкретных учебных программ, организационных форм и средств обучения [41, 105, 108].
Метод обучения - категория, дающая теоретическое представление о системе норм взаимодействия преподавателя и обучающихся для достижения целей обучения.
В классической педагогике рассматриваются пять общих концепций в обучении: информационно-рецептивный, репродуктивный, метод проблемного изложения, эвристический и исследовательский [6,36]. На наш взгляд, эти методы в первую очередь различаются разным соотношением творческого и формализованного подходов в обучении.
Предыдущие века донесли до наших дней противостояние «доказательства» и «открытия» истины, т.е. решения задач обучения на основе некоторого регулярного процесса передачи четких правил «как и когда»; и путем правдоподобных, эвристических рассуждений на примерах, наводящих на решение. «Будем учиться доказывать, но будем также учиться и догадываться» [112]. При всей бесспорности этого тезиса в дидактике не существует единства. Одни исследователи подчеркивают важность изучения регулярных процедур, другие ратуют за изучение эвристического поиска; одни предпочитают методики обучения, включающие в качестве основного элемента «учебные алгоритмы», другие выступают за обучение, ориентированное на развитие «проблемного мышления» [2,134].
А.Н. Колмогоров в своем учебном пособии по алгебре для шестого класса [3] вводит, например, в виде некоторого алгоритмического предписания общее правило умножения двух рациональных чисел и предлагает учащемуся «его просто запомнить и разобраться в вытекающих отсюда следствиях». Противники алгоритмизации обычно подчеркивают несовпадение логической строгости и понятности, формализма и целесообразности [133].
Использование обоих подходов может быть обоснованным даже при обучении одному понятию, но при этом необходимо соизмерять, до каких пределов, где и когда целесообразно добиваться строгости и алгоритмичности, а когда понимание приходит раньше при эвристическом подходе. Решение зависит от курса, преподавателя, состава обучающихся, уровня их подготовленности.
Любой принятый преподавателем подход для реализации требует организации процесса обучения. Рассмотрим основные составляющие организации учебного процесса [11].
Схема обучения описывает структуру процесса обучения в соответствии с некоторым методом, взаимодействующие компоненты и связи между ними, и охватывает весь процесс взаимодействия преподавателя и обучающихся. В схеме обучения кристаллизуется стандарт подхода к обучению. И хотя схема обучения по природе своей традиционна, консервативна, она должна давать возможность преподавателю варьировать методы и содержание обучения.
Содержание обучения - это состав, структура и учебный материал, а также комплекс задач, заданий и упражнений, передаваемых студентам, которые формируют их профессиональные навыки и умения, способствуют накоплению первоначального опыта трудовой деятельности.
Средства обучения представляют содержание обучения в той или иной форме, позволяют контролировать усвоение знаний и осуществлять управление учебным процессом. В традиционном обучении такими средствами, представляющими курс, являются: - печатные издания учебников, учебно-методических пособий, справочников; - записи на доске объявлений, плакаты, кинофильмы, видеофильмы; - а также (и зачастую в основном) - слово преподавателя.
В педагогической практике выработались хорошо известные формы организации обучения. Наиболее распространенные из них: лекции, семинары, лабораторные занятия, контрольные работы, экзамены и др.
Постоянные попытки оптимизировать схему обучения и повысить эффективность обучения привели к созданию программированного обучения [123,175].
Порождение графа знаний в процессе детализации знаний
Отношение детализации знаний (3 постулируется как отношение разбиения знания на составляющие его -блоки. Составляющие -блоки получаются в результате операции разбиения , которая задается выражением 0(ІІ) = (Ї\ЄЇ\..., ;\...,?) (2.3), где \ - -блок, подлежащий разбиению на детальные (составляющие) блоки
Операцию разбиения можно понимать также, как углубление знаний. Понятно, что разбиение (детализацию) можно продолжать как угодно глубоко, применяя рекурсивно операцию (3 ко вновь полученным блокам. При этом учитывается свойство, что, если \ е , то \ \ к для постулированного отношения разбиения, т.е. блок \, входящий в блок не может входить в другие блоки.
Введем формальное понятие слоя детализации: 1) нулевой слой детализации (0-й), на нем находится единственный блок ; 2) если имеется блок \ на j-м слое детализации, то составляющие его блоки (и1,..., 1), полученные операцией разбиения Р считаются находящимися на j+1-м слое детализации.
При порождении графа KN необходимо для каждого вновь полученного блока, входящего в разбиение, выписать формулы вывода и тождества для знаний, связывающих составляющие -блоки. Процесс порождения будет продемонстрирован на примере графа KN ( рис.2.2а).
Нулевой слой детализации (рис.2.3а): - обучающий блок с единственной формулой вывода; С j, С 2, С з - исходные знания, D, - целевые знания. Тождества, интерпретации, связывающие переменные с именами (кодами) конкретных знаний : C,=Ai; C2=A2;C3=A3;D1=B1. 1-й слой детализации (рис.2.3б) 1.1 Разбиение на составляющие 1.2 Формулы выводов: 11(C1,C2) D1 4i(C3,C4)- D2 (2.4) (C5,C6)- D3 4i(C7,C8) — D4 1.3 Список тождеств интерпретации, связывающих знания в графе KN 1-го слоя. Входы -блоков: Cj = В3; С2 =В4; С3 =Aj; С4 = А3; С5 = А2; С6 =А3; С7 = А2; С8 = В4; Выходы -блоков: D2 =В3; D3 =В4; D4 =В2. Целевой выход: D, =Bj - совпадает с целевым выходом -блока 0-го уровня. По сути дела вся детализация предназначена для детализации целевого знания, поэтому целевое знание на любом слое детализации есть основное целевое знание. Формулы выводов с кодами конкретных знаний приведены на рис.2.36. 2-й слой детализации (рис.2.3в) 2.1 Разбиение на составляющие: fi( \) = }; fi( з) = 3 Р( 4- 4) " разбиение закончилось (дальнейшая 1 0 7 процедура для этих блоков закончилась) P(f 2) = ( i, 2) Результат процедуры - терминальный граф KN, тождественный графу KN на рис.2.2а.
Комментарий 2.4. Процедура детализации по своей природе неоднозначна, т.е. отражает логику построения учебного материала тем или иным преподавателем, или даже одним и тем же преподавателем, но для различных контингентов обучающихся. Число слоев детализации вообще не ограничено и никак не связано с психологической сложностью слишком «мелкой» детализации. $. -блоки на самых нижних слоях детализации (с самым большим индексом «j») могут быть элементами конспекта учебника.
Предложенная здесь процедура детализации удивительно проста, однозначна и связана только с парой слоев j и j+1. Поэтому так построенную детализацию можно назвать "фрактальным" разложением знаний [145].
На каждом шаге фрактального разложения можно потребовать такого построения тождеств, чтобы соблюдалось условие полноты выводов, т.е. в каждом слое граф KN j-слоя соответствовал обучающему кластеру. В этом случае можно доказать важное предложение.
Предложение 2.3. При фрактальном разложении, соблюдающем кластерность на каждом j-ом слое, порожденный (терминальный) граф KN будет также кластером.
Структура возвратов restudy в программах обучения при контроле выходов логических блоков обучения
Процесс тестирования предполагает построение логики restudy в программах обучения. Связи возврата должны быть размечены соответствующими тестами. Такое означивание названо семантикой сети KN. В 3.1 было введено два типа условий restudy: 1) R - условия возврата по выходному контролю, 2) U - условия возврата по входному контролю. Процесс тестирования для выполнения этих двух условий конструируется в виде очень простых автоматов [1]. Правила автоматов отражают структуру возвратов для различных типов контроля. Для обучающих кластеров, где блоки обучения разнесены по слоям детализации, возвраты restudy выходного контроля имеют вложенную структуру, соответствующую дереву детализации.
Для входного контроля строится специальная ЯПФ, которая названа обращенной, и затем доказывается предложение о том, что обращенные связи по знаниям KFS задают возвраты по условиям контроля входа. Для тестов выбраны очень простые правила выполнимости, характерные для так называемых финальных тестов. В работе не рассматриваются более сложные правила выполнимости, зависящие от оценок знаний, их важности и различных других свойств процесса обучения.
Определение 3.1. Отношением вложенности на блок-схеме программы обучения называется разделение ее на фрагменты, такие, что каждый фрагмент состоит из подфрагментов, и последний блок в подфрагменте всегда целевой.
Для обучающего кластера верно следующее предложение. Предложение 3.1. Древовидная детализация на кластере KFS индуцирует отношение вложенности на Ш-разложении на этом же кластере.
Доказательство предложения проводится конструктивно процедурой построения. Это предложение является фундаментальным для построения структуры возвратов.
На рис.3.4. приведена иллюстрация принципа вложенности для сети KFS (пример 2.1 гл.2). На рис.3.4а задано ЯПФ сети KFS. На ней отмечены фрагменты, составляющие отношение включения [3, задающие детализацию знаний. На рис.3.46 представлено дерево детализации знаний в соответствии с выбранным отношением включения. На рис. 3.4в показана программа, построенная в виде 1П разложения KFS (рис.3.4а) по правилам, изложенным в гл.2, на этом же рис. 3.4в в виде диаграммы показано отношение вложенности блоков программы. На рис. 3.5, 3.6 показано отношение вложенности программных блоков, разнесенное по слоям детализации.
Отношение вложенности позволяет сделать экономную структуру возвратов restudy.
Определение 3.2. Полным набором возвратов (и соответствующих им тестов) называются множество связей возвращающих от каждого целевого (терминального) блока ко всем предшествующим.
Доказательство - конструктивное построение формулы по индукции. Предложение 3.2. позволяет оценить максимальное число связей возврата, которые может иметь обучающая программа. Рис. 3.7 иллюстрирует полный набор возвратов, возможных в программе из трех блоков.
На самом деле число связей в программе намного меньше максимальной оценки, данной в предложении 3.2. Например, для учебной программы, имеющей кластеризованную KFS, можно строить тесты и соответствующие связи возвратов restudy, контролирующие только вложенные друг в друга блоки, тем самым минимизируя количество тестов. На рис.3.66 приведен минимальный набор тестов контроля целевых знаний и соответствующих возвратов.
Кластеризация сети знаний KFS позволяет упорядочить программу обучения и сделать ее фактически одномерной, вложив слои детализации друг в друга. В этом случае можно минимизировать число тестов, построить, так называемую, программу с включенным тестированием.
Концептуально-логическая модель учебной информации системы дифференцированного обучения
При создании системы дифференцированного обучения, использовался объектно-ориентированный подход, при котором выделяются основные классы объектов, события, которые могут произойти в системе, и методы обработки событий для класса объектов, приписываемых этому классу объектов.
Выделим в модели два вида классов объектов: обеспечивающие процесс обучения и объекты, которые действуют в процессе обучения и которые представляют пользователей системы.
В соответствие с KFS-моделью учебного курса основным объектом в системе будет учебный элемент (блок).
Для учебного элемента определены следующие атрибуты: базовый набор свойств: - название; выходное (целевое) знание; - ссылка на элемент-родитель из вышестоящего слоя; учебный материал; входной контроль; выходной контроль; - рекомендованная длительность изучения; дата создания, дата последней корректировки; комментарий; базовый набор обрабатываемых событий: создание нового учебного элемента; удаление учебного блока; подключение учебного материала; проверка входных знаний (вызывается процедура входного контроля для этого блока); проверка выходных знаний (вызывается процедура выходного контроля для этого блока); детализация, по умолчанию проверяется наличие следующего слоя у курса, если его нет, происходит событие «порождение нового слоя», иначе происходит переход на новый слой и событие «создание нового учебного элемента».
Учебные элементы входят в состав объекта - контейнера - слой учебного курса, который имеет следующие свойства: - номер слоя; - карту информационных связей между составляющими слой учебными элементами; - пути изучения в этом слое (варианты рабочих планов); - комментарий; базовый набор обрабатываемых событий: - порождение нового слоя; - установление информационных связей между составляющими слой элементами; - удаление информационных связей; - анализ графа, отображающего структуру слоя ; - построение путей изучения в слое (вариантов учебных планов); - анализ учебных планов. Слои учебного курса составляют объект-контейнер учебный курс, который имеет следующие атрибуты: - название; - автор; - рекомендованная длительность изучения; - дата создания; - дата последней корректировки; - комментарий. базовый набор обрабатываемых событий: - создание учебного курса, который приводит к событию «создание нулевого слоя» с единственным учебным элементом, содержащим в качестве учебного материала описание курса и его программу; - удаление учебного курса; - аттестация учебного курса. Концептуально-логическая модель учебного курса представлена на рис.4.1.
Во второй главе уже отмечался фрактальный характер KFS-модели представления знаний. Это наглядно демонстрируется при переходе с уровня учебного курса на следующий уровень и всей системы дифференцированного обучения, включающей набор взаимосвязанных ресурсов.
Для организации работы и управления системой дифференцированного обучения используется та же KFS модель, а разработчиками такой модели в данном случае является руководство системы обучения.
