Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время эффективность использования и обработки информации связана с качеством организационно-технических систем, используемых в народно-хозяйственной деятельности человека. Основной характеристикой данного класса систем является наличие совместно функционирующих устройств и людей.
Организационно-технические системы характеризуются наличием неопределенности характеристик в большей степени, чем технические системы. Наличие характеристик, не поддающихся формализации, а также неопределенность влияния одних факторов на другие влечет применение неклассических методов управления, базирующихся на теории искусственного интеллекта, нечеткой логике, эвристиках, которые позволяют получать решения в слабо-формализуемых областях. Методы управления и техническая реализация таких систем, зачастую, не обладают свойствами универсальности, переносимости из одной системы в другую.
К организационно-техническим системам непосредственно относятся системы электронного обучения, в которых также сохраняется проблема переносимой реализации адаптивного управления.
Описанная выше проблема распространяется и является актуальной для широкого класса систем электронного обучения, в которых необходима информационная и алгоритмическая поддержка адаптивного управления компоновкой электронных образовательных ресурсов (ЭОР), обеспечивающих адаптивное обучение в электронной обучающей среде на основе мониторинга и оценки состояния процесса обучения.
Одним из путей решения проблемы синтеза ЭОР, обладающих свойством переносимости и самонастройки, является анализ и разработка переносимых обучающих модулей, способных генерировать обучающие траектории. Это позволит дополнять функциональность уже существующих систем без их кардинальной реконструкции.
На сегодняшний день существует проблема разработки и реализации информационной модели учебных модулей, компилируемых из учебных объектов с возможностью дальнейшего добавления к уже существующим системам обучения с целью расширения функциональности этих систем. Для реализации учебных модулей использованы спецификации SCORM (Sharable content object reference model), определяющие формат структуры и представления учебных объектов.
Исходя из вышесказанного, актуальной является задача информационного и алгоритмического обеспечения адаптивного управления технической (программной) составляющей организационно-технических систем, обладающих свойствами переносимости и самонастройки.
Методологической основой исследования послужили труды ученых: Александрова В.В., Гавриловой Т.А., Хорошевского В.Г., Цыпкина Я.З., Ларичева О.И., Рыбиной Г.В., Растригина Л.А., Поспелова Д.А., Брусиловского П.Л., Башмакова А.И., Соловова А.В., Беспалько В.П., Зайцевой Л.В. Значительный вклад в разработку направления автоматизации адаптивного обучения внесли Брусиловский П.Л., Гаврилова Т.А., Рыбина Г.В., Курганская Г.С., Тархов С.В., Леонова Н.М., Галеев И.Х., A. Kobsa, M. Specht, W. Nejdl, D. Benyon, P. De Bra.
Цель работы состоит в системном анализе и алгоритмизации функционирования интероперабельных обучающих модулей, реализующих адаптивное управление компоновкой электронных образовательных ресурсов.
В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи.
-
Системный анализ переносимых модулей, реализующих адаптивное управление компоновкой ЭОР, включающий в себя анализ отечественных и международных разработок и исследований адаптивных систем обучения, а также существующих подходов к автоматизации процесса адаптивного управления в обучающих системах.
-
Разработка алгоритмов синтеза адаптивных обучающих траекторий в переносимых модулях и их программная реализация, удовлетворяющая международным спецификациям SCORM.
-
Разработка информационного обеспечения переносимых модулей: создание структурированных учебно-методических материалов, представленных в форме ЭОР; банка тестовых вопросов, служащего основой адаптивного управления компоновкой ЭОР; создание экранных форм, предоставляющих пользовательские интерфейсы.
-
Проведение испытаний по использованию разработанных алгоритмов и программных средств. Экспериментальный анализ качественных характеристик адаптивного обучения с использованием обучающих модулей.
Объектом исследования является процесс динамической компоновки электронных образовательных ресурсов, основанный на адаптивном управлении в электронной образовательной среде.
Предмет исследования. Моделирование адаптивных переносимых обучающих модулей.
Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, искусственного интеллекта, разработки веб-приложений, дискретной математики, математической статистики, объектно-ориентированного анализа и проектирования.
Научную новизну диссертации представляют следующие положения, которые выносятся на защиту:
-
Информационная модель описания учебного процесса в переносимых обучающих модулях.
-
Формализованное описание учебных объектов, промежуточных результатов обучения, ограничений функционирования модулей, позволяющее реализовать построение адаптивных обучающих траекторий.
-
Метод адаптации по прецедентам в области электронного обучения.
-
Алгоритмы адаптивного управления компоновкой электронных образовательных ресурсов для модулей, соответствующие спецификациям SCORM.
Практическая значимость. Разработаны алгоритмы генерации обучающих траекторий, опирающиеся на адаптивное управление по прецедентам. Создан программный комплекс «ОПАН»[4]. Разработана серия электронных курсов, реализующих адаптивное управление компоновкой ЭОР посредством включения в курсы переносимых модулей. Проведена апробация разработанных алгоритмов в Международном институте экономики и лингвистики Иркутского государственного университета, в Центре интернет-технологий Иркутского государственного технического университета, а также в Иркутском государственном институте усовершенствования врачей в процессе переподготовки и повышении квалификации медицинских работников. Результаты исследования использованы в проекте по заказу Федерального агентства образования (проект № Ф-302, контракт П657, 2007 г.).
Апробация работы. Основные результаты работы представлены на Всероссийской конференции «Винеровские чтения», Иркутск, 2006; на XII Байкальской всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в научных исследованиях», Иркутск, 2007; на Международной научно-практической конференции «Новые информационные технологии в образовании», Иркутск, 2007; в Федеральном агентстве образования, Москва, 2007; на Международной научно-практической конференции «Новые информационные технологии в образовании», Екатеринбург, 2008; на IX Байкальской всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в научных исследованиях», Иркутск, 2009; на VIII Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии системный анализ и управление», Таганрог, 2010.
Публикации и личный вклад автора. Результаты диссертации отражены в 11 научных работах (в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования научных результатов диссертации на соискание ученой степени доктора или кандидата наук, Свидетельство Роспатента об официальной регистрации программы для ЭВМ).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии из 146 наименований и 4 приложений. Общий объем работы – 157 страниц, из которых 136 страниц основного текста, включающего 30 рисунков и 13 таблиц.
