Содержание к диссертации
Введение 5
1 Глава. Сравнительный анализ существующих систем
дистанционного обучения с точки зрения довузовской подготовки 9
1.1 Особенности довузовского обучения математическим дисциплинам
в дистанционной форме 10
Актуальность дистанционного обучения математике 12
Комплексная индивидуализация довузовского дистанционного обучения математическим дисциплинам 14
1.2 Особенности проектирования систем дистанционного обучения ..15
Технические задачи и возможности построения систем дистанционного обучения 16
Методические проблемы дистанционного обучения 19
Основные требования к системам довузовского дистанционного обучения математическим дисциплинам 21
Сравнительный анализ существующих систем дистанционного обучения математике (ДОМ) с точки зрения довузовского обучения 22
Система довузовского обучения компании «Физикон» 23
Система довузовского обучения Центра довузовской подготовки при Таганрогском Технологическом Институте (ЦДЛ ТТИ) 24
Система довузовского обучения Центра дистанционного образования Научного Парка МГУ им. М.В.Ломоносова (ЦДО НП МГУ) 26
Система Центра дистанционного образования Московского Государственного Университета Печати (ЦДО МГУП) 27
Система довузовского обучения Челябинского Государственного Университета (ЧелГУ) 27
Система довузовского обучения Заочной школы Московского центра непрерывного математического образования (МЦНМО) 28
1.5 Выводы 29
2 Глава. Математическое обеспечение системы ДОМ 33
Назначение системы ДОМ 33
Принципы построения системы 34
Особенности предлагаемой технологии 38
Существующие общие подходы к построению систем дистанционного обучения математическим дисциплинам 41
Место системы тестов в ДОМ 43
Роль и место преподавателя в системе ДОМ 44
Ввод формульной информации 45
Моделирование учебного процесса 46
Математическая модель учебного процесса 46
Организация процесса обучения 56
Процесс начального тестирования ученика в системе ДОМ.... 66
Этап коррекции успеваемости ученика 67
Этап профилирования 67
Формирование учебной нагрузки 67
2.9 Протокол обмена информацией в системе ДОМ 68
Общие сведения : 68
Концепция протокола 68
Виртуальные коллективы 71
2.10 Выводы 72
3 Глава. Разработка программного пакета ДОМ 73
3.1 Система работы с фактическим материалом 74
Дерево предмета 74
Система подготовки задач 75
Хранилище методических материалов 84
3.2 Подсистема учета учащихся 86
Модуль начального тестирования 87
Модуль проверки результатов 87
3.2.3 Модуль формирования контрольных работ 88
3.3 Подсистема статистики 90
Гистограмма успеваемости 90
График динамики процесса обучения 90
Генератор рекомендаций 90
Административная подсистема 90
Выводы 91
4 Глава. Экспериментальные исследования системы ДОМ 92
Упрощенная математическая модель ученика 92
Упрощенная математическая модель учебного процесса 100
Применяемые технологии 103
База данных 106
Структура базы данных 106
Особенности структуры таблиц 106
4.5 Выводы 108
Полученные результаты 108
Заключение 109
Список использованной литературы ПО
Введение к работе
Актуальность. В приоритетном национальном проекте «Образование» точным наукам отводится главенствующая роль как основе для развития инновационного образования в России.
Вузовские программы, построенные по инновационному принципу, предполагают наличие у студентов, приступающих к обучению, высокого уровня подготовки по фундаментальным наукам.
Результаты Единого Государственного Экзамена (ЕГЭ) по математике за 2008-й и 2009-й годы, а также проверка (на основе материалов ЕГЭ) знаний первокурсников естественнонаучных факультетов ведущего вуза страны в 2009-м году показали значительное падение уровня довузовской подготовки. Из этого следует необходимость повышения эффективности довузовского обучения путем качественного изменения существующих подходов к подготовке.
В регионах, в отличие от крупных городов, вопрос довузовской подготовки стоит наиболее остро. У абитуриентов практически отсутствует доступ к подготовительным отделениям ведущих вузов. Единственным выходом в данной ситуации является довузовское дистанционное обучение.
Проведение успешной дистанционной подготовки по математике для поступления и дальнейшего обучения в вузе требует организации интенсивных занятий с достаточно высоким обучающим эффектом. Этот эффект может быть достигнут путем применения максимально индивидуализированной программы, которая строится с учетом ряда особенностей, характерных для отдельно взятого ученика.
Существующие системы довузовского дистанционного обучения математике имеют фиксированную программу обучения, тестовую систему оценки результатов работы ученика, осуществляют анализ успеваемости исходя только из конечных результатов решения заданий. Не принимаются в расчет особенности логических построений при работе над каждой задачей. Таким образом, процесс решения, представляющий наибольшую ценность для формирования программы обучения, по сути является черным ящиком, в котором на вход подается текст задачи, а на выходе снимается результат в виде ответа.
Исходя из вышеприведенного, очевидна потребность в создании системы, в основе которой будет заложен принцип, позволяющий реализовать индивидуальное довузовское обучение математике в дистанционной форме (технология дистанционного обучения математике - ДОМ). Наличие такой потребности определяет актуальность темы исследования.
Цель работы состоит в построении математической модели учебного процесса, разработке на ее основе технологии ДОМ с последующим созданием программного пакета, реализующего эту технологию.
Решаемые задачи. Для достижения указанной цели требуется решение следующих задач:
Анализ существующих систем довузовского дистанционного обучения математике и определение основных требований к системе ДОМ в соответствии с поставленной задачей;
Разработка математической модели учебного процесса;
Разработка технологии ДОМ на основе математической модели учебного процесса;
Разработка специального программного обеспечения для реализации технологии ДОМ.
Методы исследования. В работе использованы методы проектирования и анализа алгоритмов и программ, методы объектно-ориентированного программирования, методы проектирования и разработки баз данных и человеко-машинных интерфейсов, методы построения математических моделей систем с помощью теории множеств и информационных функций, приемы визуализации и анализа информации на основе компьютерных методов обработки информации.
По своему содержанию работа соответствует пунктам 2, 3, 5, 12 паспорта специальности 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации.
Научная новизна состоит в следующем:
Построена математическая модель учебного процесса, позволяющая создавать индивидуальные программы дистанционного обучения;
Предложены основные принципы технологии дистанционного обучения математике;
Разработана методика обработки данных об успеваемости ученика для коррекции дальнейшего процесса обучения;
Разработан программный пакет, реализующий технологию ДОМ и предназначенный для хранения параметризованных задач, обработки информации об успеваемости учеников, формирования контрольных заданий, построения и коррекции учебной программы.
Практическая ценность работы состоит в возможности проведения индивидуальных занятий с абитуриентами по дистанционному принципу. Ориентация на обучающий эффект позволяет добиться значительных успехов по сравнению с существующими системами дистанционного обучения математическим дисциплинам.
Универсальность предлагаемой технологии позволяет с незначительными доработками использовать систему для проведения подготовки по другим дисциплинам.
Реализация результатов работы. Программный пакет успешно применяется в работе Факультета Довузовской Подготовки МИРЭА, что подтверждено соответствующими актами.
Личный вклад автора состоит в постановке задачи, разработке математической модели учебного процесса, выборе базовых алгоритмов и технологий, разработке программного пакета, тестировании и отладке программ.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих научно-технических и научно-практических конференциях:
Международная научно-техническая конференция «Инновации в образовании, науке и техники», Бишкек, Кыргызстан, 2006;
Международная научная конференция «Физика и физическое образование: достижения и перспективы развития», Бишкек, Кыргыстан, 2006;
VIII Региональная научно-практическая конференция «Професиональ-ная ориентация и методики преподавания в системе «школа-вуз» в условиях перехода к единой форме государственной аттестации выпускников общеобразовательных учреждений», Москва, Россия, 2007.
International Conference for Internet Technology and Secured Transactions (ICITST-2008), June 23-28, 2008, DIT, Dublin, Ireland;
Третья Международная конференция «Системный анализ и информационные технологии» САЙТ —2009, 14-18 сентября 2009 г., Звенигород, Россия.
Публикация результатов. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе в 1 статье журнала, входящего в перечень ВАК России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Текст диссертации изложен на 114 страницах и включает библиографический список из 72 наименований. Рисунки, таблицы и формулы имеют сквозную нумерацию по всей работе.
Основные положения, выносимые на защиту.
Математическая модель учебного процесса;
Технология дистанционного обучения математике, построенная на основе предложенной модели;
3. Программный пакет, реализующий технологию дистанционного обучения математике.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели, задачи и методы предпринимаемого исследования.
В первой главе приведены результаты сравнительного анализа существующих систем довузовского дистанционного обучения математическим дисциплинам. Обоснована необходимость индивидуализации образа каждого ученика при дистанционной форме взаимодействия. Определено понятие комплексной индивидуализации. Выделены основные требования к системе довузовского дистанционного обучения математике как частного случая обучения математическим дисциплинам.
Во второй главе приведены общие принципы построения системы ДОМ, описано назначение системы и особенности предлагаемой технологии, обозначена структура и описана математическая модель и учебного процесса и математическая модель ученика.
В третьей главе приведено структурное описание системы ДОМ.
В четвертой главе приведено техническое описание системы. Приведено обоснование выбора технологий, рассмотрены некоторые технологические приемы, применяемые в реализации системы ДОМ, а также представлена структура базы данных системы. Рассмотрены вопросы защиты прикладного программного обеспечения (ПО), обеспечения безопасного функционирования.
В заключении представлены основные результаты и выводы, полученные в работе.
