Введение к работе
Актуальность работы. Повышение эффективности компьютерных систем обучения, включая освоение не только теоретических знаний, но и практических навыков при использовании различного рода моделирующих комплексов и тренажеров, является актуальной задачей. Подготовка на компьютере операторов управления современной сложной техникой в оптимальные сроки позволит:
повысить при заданном времени обучения качество освоения простых и сложных навыков за счет оптимального распределения времени между ними;
снизить при заданном уровне освоения необходимых навыков общее время обучения за счет определения последовательности освоения при поэтапном либо параллельном обучении. Как показывают предварительные оценки, общее время обучения можно снизить на 10 - 20%, а значит, и стоимость обучения.
Перечисленные ожидаемые результаты касаются обучения группы специалистов в целом, а точнее - планирования работы компьютерного класса. Не менее важно перепланирование этой работы по результатам промежуточного тестирования, т. е. фактически автоматизированное управление в замкнутом контуре процессом обучения, которое позволит:
учесть индивидуальные особенности каждого обучаемого лица для составления индивидуальных планов дальнейшей подготовки в автоматизированном режиме;
провести объективное разделение на простые и сложные навыки для каждого обучаемого, и с учетом степени забываемости пройденного материала, дать рекомендации по числу повторения и частоте чередования параллельно осваиваемых навыков.
Предложенные перечисленные задачи требуют применения как методов параметрической и многошаговой оптимизации, так и накопленного человеческого опыта. Полученные результаты позволят заменить преподавателя на этапе предварительного планирования и на этапе получения компьютерных оценок качества освоения навыков для перестройки дальнейшего плана работы каждого обучаемого по результатам тестирования, чему и посвящена настоящая диссертационная работа.
Целью работы является повышение эффективности освоения простых и сложных навыков при индивидуальном обучении на компьютере и синтез управления чередования навыков при их параллельном освоении.
Для достижения этой цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:
разработка математических моделей освоения и забывания простых и сложных навыков;
выбор критерия оценки качества обучения;
решение задачи распределения времени на освоение простых и сложных навыков;
разработка алгоритма оптимального управления чередованием осваиваемых навыков.
Объектом исследования является автоматизированная система управления чередованием освоения навыков при индивидуальном обучении в компьютерном классе.
Методы исследования. В работе использованы
эмпирические и теоретические методы исследования. В ходе
теоретического исследования применялись методы
параметрической оптимизации и метод динамического программирования
Научная новизна состоит в следующем:
- предложены различные математические модели для
описания процессов освоения простых и сложных навыков, что
обеспечило более точную оценку необходимого времени на
каждый из них для достижения необходимого уровня
подготовки;
- найдены функции оптимального переключения с одного
навыка на другой в результате решения задачи динамического
программирования, что позволило принимать решения при
управлении обучением в пространстве состояния обучаемых
лиц;
- полученные предельные уровни обучения и частота
чередования являются функцией индивидуальных способностей
обучаемого лица. Значит, в компьютерном классе открывается
новая возможность оптимального управления индивидуальным
обучением.
Практическая значимость работы определяется тем, что полученные правила управления обучением найдены в аналитической форме. Поэтому, зная в результате тестирования персональные показатели обучаемого лица, можно управлять процессом параллельного освоения навыков в автоматическом режиме.
Реализация результатов работы проводилась при сравнительном обучении двух групп магистров по дисциплине «Современные методы теории управления» для учебного направления «Управление и информатика в технических системах». Показано, что уровень подготовки с переменной частотой чередования занятий различного вида оказался выше, чем с постоянной частотой с неизменным расписанием в семестре.
Достоверность полученных результатов подтверждается
использованием известных, научно-обоснованных метолов
параметрической оптимизации и динамического
программирования, а также результатами моделирования на ЭВМ, указывающими на ожидаемое повышение эффективности компьютерного обучения при оптимальном управлении индивидуальной подготовкой обучаемого лица.
Апробация работы. Основные положения
диссертационной работы докладывались на XIX Международном научно-техническом семинаре "Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации" (Алушта, 2010 г.); на VII научно-технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление» (Санкт-Петербург, 2010); на XVIII международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии» (Москва, МЭИ, 2010); на XLV научных чтениях памяти К.Э. Циолковского, секция "К.Э. Циолковский и проблемы образования" (Калуга, 2010); на конференции «Научная сессия» ГУАП, ч. II - технические науки (Санкт-Петербург, 2010).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в двух статьях в журналах, рекомендуемых ВАК для защиты диссертаций, и докладывались на 5 российских научно-технических конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка библиографических источников из 43 наименований. Общий объем работы составляет 88 страниц, включая 36 рисунков и 5 таблиц.
