Методы моделирования процесса обучения и разработки интерактивных обучающих курсов Горбаченко Ирина Михайловна

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Методологические и технологические основы обучения 12

1.1. Методологические основы процесса обучения 12

1.1.1. Традиционное обучение 15

1.1.2. Развивающее обучение 18

1.2. Технологические подходы в процессе обучения 20

1.2.1. Программированное обучение 23

1.2.2. Компьютерная технология обучения 30

1.2.3. Компьютерная технология обучения как разновидность информационных технологий 35

1.2.4. Дистанционное обучение 39

1.3.Дидактические основы организации учебного процесса с применением компьютера 42

1.3.1. Особенности общения преподавателя и студентов посредством компьютера 43

1.3.2. Применение информационных технологий в процессе обучения в вузе 47

Глава 2. Методологии моделирования и разработки обучающих систем 64

2.1. Этапы жизненного цикла интерактивных обучающих средств 65

2.2.Использование методологии AR1S для моделирования процесса обучения 78

2.3.Моделирование структуры обучающей системы с использованием CASE-средств 86

2.3.1. Создание функциональной модели процесса обучения с использованием BPwin 87

2.3.2. Создание логической модели компьютерной обучающей программы с использованием ERwin 90

2.4.Моделирование работы обучающей системы с использованием сетей Петри 93

2.5.Моделирование динамики процесса обучения с использованием цепей Маркова 101

2.6.Модель динамики прохождения интерактивного курса на основе цепей Маркова с непрерывным временем 109

2.7.Определение оптимальной структуры курса 114

2.7.1. Задача об оптимальной разбивке учебного курса на модули 120

2.7.2. Оптимальная разбивка курса на равновеликие модули 121

2.7.3. Синтез структуры курса из заданных блоков 123

Глава 3. Программы для создания обучающих средств 126

3.1. Классификация программных средств для реализации систем компьютерного обучения 128

3.2.Обзор существующих средств для создания обучающих систем 133

Глава 4. Реализация компьютерного обучения 152

4.1 . Структура LearningSpace и принципы работы 152

4.2.Соответствие структуры LearningSpace разработанным моделям 155

4.3.Описание курса «Информатика», созданного с использованием системы LearningSpace 157

4.4.Моделирование процесса прохождения обучающего курса 162

4.5.Определение оптимальной структуры обучающей системы 168

4.6.Описание процесса обучения и анализ его результатов 170

Заключение 175

Список использованной литературы 177

Приложения 193

• Технологические подходы в процессе обучения
• Этапы жизненного цикла интерактивных обучающих средств
• Классификация программных средств для реализации систем компьютерного обучения
• Структура LearningSpace и принципы работы

Введение к работе

Актуальность проблемы. В условиях обновления системы образования особую актуальность приобретает проблема компьютеризации. Компьютер как средство обучения занимает ведущее место в образовательном процессе, во-первых, из-за прекрасных информационных, наглядных и других возможностей вычислительной техники и, во-вторых, из-за специфического интрегующе-познавательного воздействия на обучаемых. В.В. Рябов, С.Л. Атанасян отмечают: «Современное программное обеспечение позволяет построить процесс учебы в виде разветвленного интерактивного процесса, резко повышая внимание, степень усвояемости, индивидуализируя обучение, развивая самостоятельность в овладении учебным материалом.» [153, стр. 33]. В связи с этим приоритетным стал процесс информатизации образования и науки.

Информатизация образования в силу специфики используемых технологических приемов передачи знаний требует тщательной проработки используемых технологий и возможности их широкого тиражирования. Основной целью внедрения информационных технологий в образовательный процесс должно явиться повышение уровня и качества подготовки специалистов. Эту цель определяют и российские ученые (Т.П. Воронина, В.П. Кашицин, О.П. Молчанова [21], Г.А. Атанов [6]), и зарубежные [216].

В качестве основных факторов, мешающих использовать компьютеры в образовании, выделяются следующие: во-первых, «дефицит компьютеров и обучающего программного обеспечения, отсутствие подготовленных учителей» [21, стр. 50]; во-вторых, то, что современные компьютерные и коммуникационные технологии внедряются в образовательные системы часто без необходимого педагогического осмысления и теоретической поддержки [28, 78, 130, 189, 211]. О. Манькова отмечает: «Внедрение обучающих программ нуждается в значительное методической проработке и зачастую более сложном техническом и организационном обеспечении, чем простое

обучение студентов навыкам работы с конкретными прикладными программами.» [99, стр. 98]. В-третьих, нерешенность проблемы создания хороших приложений учебного и образовательного назначения, т.к. это очень трудоемкий процесс [8, 20, 28, 33, 121], требующий участия многих специалистов из разных отраслей (программистов, преподавателей, методистов, инженеров и др.) [9, 28, 33, 43, 121, 149], а установка их в компьютерных сетях влечет за собой дополнительные проблемы, связанные с доступом к ним [116, 121,130,176].

Специалисты всего мира пока единодушно констатируют одно -применение компьютеров в образовательной сфере породило больше проблем, нежели решило. Здесь речь идет о процессе, связанном с применением информационных технологий в обучении как таковом, а не об организации учебного процесса. Кроме того, исследований, касающихся теоретических основ новых методов образования (например, компьютерных, дистанционных) пока недостаточно. Об этом говорят и российские ученые (О.П. Околелов [125], В.В. Семенов [157], В. Адольф [3] М.Я. Клепцов, СМ. Коновалов, А.В. Кононенко [67], Т.П. Воронина, В.П. Кашицин, О.П. Молчанова [21] и другие), и зарубежные (John R. Fredriksen & Allan Collins [214], G.A. Hutchings & W. Hall [216]).

Основные проблемы, возникающие при создании интерактивных обучающих курсов и организации компьютерного и дистанционного процесса обучения, такие:

- как провести системный анализ процесса интерактивного обучения, включая его моделирование и предложения по улучшению;

- как переработать учебный курс для его компьютеризации;

- как построить учебный процесс с применением компьютера;

- как и какими средствами осуществлять контроль знаний, оценивать уровень закрепления навыков и умений;

- какие информационные технологии применять для реализации поставленных педагогических и дидактических задач;

- как спроектировать учебный курс на основе современных информационных технологий [3, 20, 176, 192].

Степень научной разработанности темы. Проблеме качества обучающих систем в России посвящено достаточно много работ (например, [33, 43, 104, 149]), так же как и методикам разработки (например [5, 21, 31, 43, 104, 116,119, 124, 149, 189, 207]). Кроме этого ведутся работы по моделированию различных аспектов образовательного процесса, например, академиком В.В. Семеновым [158], Л.В. Нахайновой [113, 114, 115], Г.А. Атановым [6]. Зарубежные авторы [214, 217, 230] также уделяют большое внимание этим проблемам.

В настоящее время формируются основы методик разработки, распространения и использования приложений учебного и образовательного характера [8, 20, 31, 33, 104, 149, 189, 207]. Однако это только лишь небольшая часть от множества других проблем, сопутствующих разработке и распространению приложений такого рода. Существуют проблемы телекоммуникаций, создания текстов лекций, тестовых систем и др. [16, 33, 100, 102, 142, 149]. Комплексным решением этих проблем в России начали заниматься недавно.

В России и в других странах мирового сообщества обсуждению подходов к решению этих проблем уделяется большое внимание. Проводятся семинары, конференции и другие мероприятия по обмену опытом в использовании компьютерной технологии обучения в реальном учебном процессе, где оцениваются положительные и негативные стороны информатизации образования. Примером таких мероприятий могут быть международные конференции «International Conference of Adult Educational» (проводилась в Монреале в 1960, Токио в 1973, Париже в 1985) [21], «International conference on education in Russia» (проводилась в Москве в 1995, 1996 г.г.) [212], всероссийская конференция «Проблемы информатизации региона» (Красноярск), семинар «Концепции и методологии создания современных информационных технологий» (Красноярск, СибГТУ). Кроме этого, имеется множество журналов, посвященных также этой тематике, например,

«Дистанционное образования», «Информационные технологии»,

«Информатика и образование», «Открытое образование». При этом журнальные статьи посвящены не только проблемам образования средней школы, но и дошкольных учреждений, средне-специальной и высшей школ.

Основой современной политики правительства России в области образования являются «Концепции информатизации образования Российской федерации», утвержденной Министерством общего и профессионального образования 10 июля 1998 года; существует несколько проектов, связанных с компьютеризацией образовательных учреждений и процесса обучения. Это Федеральные целевые программы «Электронная Россия 2002-2010» (полный текст этой программы помещен в Интернете по адресу http://www.e-russia.ru/program) и "Развитие единой информационно-образовательной среды Российской Федерации в 2002-2006 годы" (Интернет-адрес http://www.e-russia.ru/texts). В Красноярском крае на региональном уровне действует краевая целевая программа «Информатизация Красноярского края до 2005 года».

Существует несколько международных проектов по данной проблематике. В частности проект ILDIC и его часть, посвященная дистанционному и компьютерному образованию - DELDA [21,211].

Анализ имеющийся литературы показывает, что до сих пор не уделяется должного внимания вопросам математического моделирования процессов интерактивного обучения и создания на их основе методов разработки и проектирования интегрированных обучающих систем. Таким образом, на основании анализа педагогической и специальной литературы, изучения состояния проблем процесса обучения в теории и практике высшей школы, собственного опыта работы преподавателем высшей школы, выявлены нерешенные проблемы и определена тема работы: «Методы моделирования процесса обучения и разработка интерактивных обучающих курсов».

Цель работы: разработать методику создания и априорной оценки параметров обучающих курсов и комплекс методов по оценке эффективности обучения с применением компьютерной обучающей системы.

Основные задачи работы:

- на основе анализа процесса обучения в высшей школе предложить модели этого процесса и структуру интерактивной обучающей системы;

- разработать методы и алгоритмы по вероятностной оценке количественных и качественных параметров обучающей системы;

- обосновать выбор применения современных средств для создания интерактивных обучающих курсов и освоить технологию их использования;

- проверить эффективность разработанной методики путем создания и эксплуатации обучающего курса на базе интегрированных программных средств.

Для решения поставленных задач были применены следующие общепринятые методы исследования: теоретические {анализ педагогической, психологической и математической литературы по проблеме исследования, сравнение существующих программных средств для реализации процесса обучения); эмпирические {моделирование процесса обучения с элементами абстрагирования, математическое моделирование функционирования обучающего курса, измерение количественных и качественных характеристик работы с интерактивным обучающим курсом, полученных расчетным и экспериментальным путем); статистические методы обработки экспериментальных данных.

Методологической основой исследования явились педагогические теории организации процесса обучения в высшей школе, теории построения интерактивных обучающих курсов, методологии системного анализа.

Теоретическую основу работы составляют: основы теории организации программированного обучения (Г.II. Александров, Г.ІІ. Околелов и др.), компьютерного процесса обучения (Р.Д. Рудгарц, Б.П. Чебышева и др.), дистанционного обучения (А.Н. Романов, B.C. Торогщов, Д.Б. Григорович, А.В. Хуторской, О.П. Околелов и др.); методика системного анализа и моделирования процессов с применением современных программных средств

(А.-В. Шеер, Гейн, Сарсон, Йордон, Чен, Баркер, Г.Н. Калянов, А. Штрик, А. Морозова, СВ. Маклаков и др.); теория сетей Петри и цепей Маркова (Н.С. Писаренкова, Г.А. Доррер, Джон Дж. Кемени, Дж. Питерсон, В.Е. Котов, Йенсен и др.).

Научная новизна работы:

- проведены информационное моделирование и анализ процесса обучения в вузе с использованием методологии ARIS и CASE-средств BPwin и ERwin;

- на основе формализма сетей Петри разработана событийная модель интерактивного учебного процесса;

- предложена вероятностная модель изучения интерактивного курса как цепи Маркова с дискретным и непрерывным временем;

- на базе указанных выше моделей решены следующие задачи: получены оценки вероятностей прохождения студентами курса и его фрагментов как функции дискретного и непрерывного времени; оценена средняя трудоемкость курса и ее дисперсии; оптимальной разбивки курса на модули по критерию суммарной трудоемкости.

Теоретическая значимость работы заключается в том, что разработаны функциональные модели интерактивного процесса обучения в нотации IDEF0 (BPwin), логическая модель баз данных обучающей системы в нотации Чена-Баркера (IDEF1X) и математические модели интерактивного процесса обучения, основанные на формализмах сетей Петри и цепей Маркова, которые позволяют получать априорные оценки характеристик обучающих курсов и осуществлять их оптимизацию.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- показана применимость современных методологий и технологий прикладного системного анализа (ARIS, CASE-средства) к созданию интерактивных обучающих систем;

- предложена концепция жизненного цикла компьютерных обучающих систем как одной из разновидностей информационных систем и

разработаны методы проектных расчетов параметров обучающих курсов;

- проведен сравнительный анализ и получена экспертная оценка распространенных программных средств создания интерактивных обучающих систем;

- спроектирована, реализована на базе программного продукта Lotus Notes I LearningSpace и внедрена в учебный процесс СибГТУ интерактивная система по дисциплине «Информатика» для студентов очной и заочной форм обучения.

Основные результаты работы, выносимые на защиту:

- концепция жизненного цикла обучающих систем как одной из разновидностей информационных систем;

- информационные и функциональные модели процесса обучения в вузе, полученные с использованием современных средств моделирования и разработки;

- событийная модель интерактивного курса, созданная на основе формализма сетей Петри со случайным срабатыванием переходов;

- вероятностная модель интерактивного курса, основанная на теории цепей Маркова с дискретным и непрерывным временем, позволяющая оценить временные параметры процесса изучения курса, среднее значение и дисперсию трудоемкости прохождения курса;

- постановка и решение задач по определению структуры интерактивного курса, оптимальной оп критерию суммарной трудоемкости;

- разработка и внедрение в учебный процесс СибГТУ интерактивной обучающей системы по курсу «Информатика», созданной на базе программного продукта Lotus Notes / LearningSpace.

Реализация результатов работы: Разработанная автором данной работы обучающая система принята в опытную эксплуатацию в Центре новых информационных технологий (ЦНИТ) Сибирского государственного технологического университета и была использована при обучении студентов

очной и заочной форм обучения нескольких специальностей по курсу «Информатика», который автор данной работы вел в 2000-2001 учебном году.

Разработка данной диссертации велась в рамках проекта «Красноярский межвузовский центр подготовки кадров высшей квалификации в области информатики, вычислительной математики и математического моделирования на базе Вычислительного центра Сибирского отделения РАН в г. Красноярске (ВЦК СО РАН)» федеральной целевой программы «Интеграция» (per. № 68).

Апробация работы. Результаты исследований и основные теоретические результаты, отдельные положения, а также практические результаты разработок были представлены на научно-практических конференциях «Проблемы информатизации региона» (Красноярск, 1999, 2000, 2001), на всероссийской научно-практической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (Улан-Удэ, 2000, 2001), на межкафедральных семинарах «Концепции и методологии создания современных информационных систем» (Красноярск, СибГТУ, 1999-2001), на Межвузовской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Информатика и информационные технологии» (Красноярск, КГТУ, 1999), научно-практическая конференция «Информационные технологии в науке, телекоммуникации, образовании и бизнесе (осенняя сессия)» (Гурзуф, 2001).

Структура работы. Диссертация изложена на 176 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии (230 источников) и пяти Приложений.

Технологические подходы в процессе обучения

Применение гуманистического и развивающего подходов в процессе обучения должно быть комплексным, с учетом психологических особенностей студентов. Поскольку каждое занятие является в некотором смысле уникальным, то и вариантов применения указанных подходов много. Отсюда вытекает разнообразие технологий обучения. «Под образовательными технологиями в высшей школе понимается система научных и инженерных знаний, а также методов, средств, которые используются для создания, сбора, передачи, хранения и обработки информации в предметной области высшей школы» [121, стр. 21], способ реализации содержания обучения, предусмотренного учебными программами, представляющий собой систему форм, методов и средств обучения, обеспечивающих достижение поставленных целей. Технология обучения определяет стратегическую концепцию формирования облика специалиста с точки зрения профессиональной деятельности [35].

В связи с процессами информатизации обучения, определяется сверхзадача - достичь глобальной рационализации интеллектуальной деятельности в обществе за счет новых технологий обучения. А это требует их разработку, обоснование и применение. Разработка технологии обучения в вузе предусматривает как поиск новых дидактических методов ведения учебного процесса (проблемные лекции, исследовательский характер самостоятельной работы и др.), создание технической базы учебных занятий (аудиосредства, визуальные средства, библиотека программного обеспечения и др.), так и реализацию технологий учебного процесса, объединяющих учебный процесс и его техническую базу. Основой такой базы все больше становится компьютерная техника, поэтому технология организации обучения в вузе становится технологией компьютерного обучения.

Многие авторы (Л.Х. Зайнутдинова [149], М.Ф. Меняев [104], И.В. Гиркин [23], И.П. Подласый [138], Н.В. Бордовская, А.А. Реан [13]) считают, что результатом любого обучения (в том числе и с помощью компьютера) являются не только полученные знания, умения и навыки, но и способность обучаемых находить пути приобретения новых знаний, развития новых умений и их использование в новой ситуации на производстве, в научной лаборатории. Подготовить специалиста, обладающего такими навыками, - значит создать такую обучающую среду, где студент приобретает навыки ежедневного поиска и применения знаний и частично руководит этим процессом.

Г.К. Селевко полагает, что технология обучения должна обязательно обладать следующими свойствами: концептуальностью (опираться на какую-либо научную концепцию, включающую философское, психологическое, дидактическое и социально-педагогическое обоснование поставленных целей), системностью (обладать признаками системы: логикой процесса, взаимосвязью его частей, целостностью), управляемостью, эффективностью, воспроизводимостью [155]. Отсюда следует, что технология обучения должна иметь системный подход к процессу обучения. «Системный подход как методологическая ориентация в практике управления сложными, в том числе педагогическими, системами предъявляет следующие требования к ... организации управления школой: адекватность по разнообразию и быстродействию управляющей части системы и воздействующей на школу среды; формирование целей как основы управления; полнота управленческого цикла; предвидение в управлении на основе сетевого и программно-целевого планирования; коммукативность управления; временная корректность циклов; управленческая культура и этика» [174, стр. 18].

Технология обучения представляется комплексом дидактического, программного и технического обеспечения, определяющим процессы обучения [35, 61, 84, 121]. Дидактическое обеспечение содержит совокупность учебных материалов (конспекты лекций, учебные пособия, программы курсов и др.) и методику организации процессов формирования знаний, умений и навыков. Программное обеспечение состоит из комплекса программных средств, предназначенных для проведения студентами необходимых расчетов, специализированных лекционных гипертекстовых сред, специальных программных продуктов, предназначенных для проверки знаний. Техническое обеспечение процесса обучения состоит из компьютеров, различных дополнительных механизмов и машин, копировальной, аудио и видео техники и других технических устройств, необходимых в процессе приобретения студентами навыков и умений. Технология обучения поддерживается специальным методическим, инструментальным и организационным обеспечением. Методическое обеспечение определяет состав и последовательность операций по переработке дидактической информации, критерии качества результатов, требования к составу и форме представления входной и выходной информации. Инструментальное обеспечение включает вместе с обычными элементами интегральных систем (текстовые и графические редакторы, языки программирования высокого уровня, средства моделирования, базы данных и др.) специальные проблемно-ориентированные средства, обеспечивающие описание учебного материала и стратегий обучения. Организационное обеспечение определяет функции коллектива разработчиков по реализации технологической схемы процесса конструирования, испытания и тиражирования программно-методических средств и сопутствующих документов [10].

В зависимости от характера познавательной деятельности обучаемых используются различные технологические подходы в обучении. Среди них программированное, компьютерное и дистанционное обучение. В целях исследования остановимся на их характеристике.

Название данной технологии происходит от позаимствованного из словаря электронно-вычислительной техники термина «программа», обозначающего систему последовательных действия (операций), выполнение которых ведет к заранее запланированному результату. Основная цель программированного обучения - улучшение управления учебным процессом. Возникшее в начале 60-х гг. на основе новых дидактических, психологических и кибернетических идей, программированное обучение направило свои усилия на создание такой технологии учебного процесса, которая позволяла бы контролировать каждый шаг продвижения учащегося по пути познания и благодаря этому оказывать ему своевременную помощь, избавляя тем самым от многих затруднений, потери интереса и других негативных последствий, сопровождающих плохо управляемый процесс.

«Возникновение программированного обучения было обусловлено необходимостью решения важных педагогических задач, а именно: упорядочивание содержания образования, его логической структуры; глубокая индивидуализация обучения с наиболее полным учетом психологических механизмов учения и на этой основе - формирование творческих возможностей обучаемых: повышение общей эффективности обучения с опорой на закономерности процессов управления и использование современных ЭВМ» [123, стр. 7].

Этапы жизненного цикла интерактивных обучающих средств

Современные компьютерные технологии предоставляют возможности для развития содержания образования на новом технологическом уровне, а именно, средства для организации и структурирования содержания образования, связи элементов содержания образования, использования различных видов информации; модульности и доступа к фрагментам содержания, представления курса как совокупности уроков (тем); разработки урока как системы образовательных действий, последовательности изучения материала; адаптации содержания учебного материала к особенностям обучаемых; развития содержания образования на разных уровнях: авторов курсов, преподавателей, методистов, учеников; применения новых средств и методов для ускорения ориентации в материале, использования профессиональных дискуссий в учебных целях и ряд других [21, 29, 80].

Компьютерные технологии обучения реализуются в рамках системы «учитель-компьютер-ученик» с помощью обучающих программ различного вида (информационных, тренинговых, контролирующих, развивающих и др.) [13, 44, 73]. Они дают возможность преподавателю для достижения целей обучения применять компьютеры, использовать их для хранения и выдачи знаний учебного назначения, проектировать обучающую среду путем создания специального программного обеспечения. Машинные носители информации позволяют преподавателю оперативно обновлять содержание автоматизированных учебных и контролирующих программ в соответствии с появлением новых знаний и технологий. Основная задача преподавателя сводится к поддержанию и направлению развития личности обучаемых, творческому поиску и организации их совместной работы, подбору, разработке и выбору наилучших вариантов учебных программ. Преподаватель становится основным поставщиком предметных целей обучения с учетом неоднородности и значимости учебных дисциплин (гуманитарных, экономических, математических и т.д.) в конкретном вузе [44, 80, 192].

Среди практических применений компьютерного обучения можно назвать обучение отдельным дисциплинам, направленное на повышение успеваемости по этим дисциплинам, развитие общих когнитивных способностей (решать поставленные задач, самостоятельно мыслить, собирать, анализировать и синтезировать информацию). Кроме того, компьютеры широко используются для автоматизированного тестирования, оценки и управления, что позволяет высвободить время преподавателя и тем самым повысить эффективность педагогического процесса [138]. В педагогическом плане для применения данной технологии обучения особое значение приобретают графические возможности современных компьютеров, а также реализация с их помощью диалоговых форм общения преподавателя и обучаемого в процессе обучения [4]. Наличие в обучающей системе возможности общения между преподавателем и студентами, дает возможность обучаемому самостоятельно систематизировать, упорядочивать, обновлять и дополнять свои знания в ходе диалога с преподавателем и другими студентами.

Отдельные авторы особое внимание уделяют качеству обучающих программ. Так О.П. Околелов по поводу качества обучающих программ отмечет: «Экспериментальные наблюдения ... показали, что общий объем учебной информации, предъявляемой студенту для освоения в течение определенного фиксированного времени, зависит, главным образом от двух факторов: 1) от сложности учебного материала; 2) от дидактических особенностей его предъявления студенту.» [125, стр. 34]. Качество компьютерного обучения обусловливается двумя основными факторами: 1) качеством обучающих программ и 2) качеством вычислительной техники. И в той и в другой области сегодня существуют значительные проблемы. Эффективных, хорошо разработанных с учетом закономерностей познавательного процесса обучающих программ пока мало, их сопряжено с большими затратами времени и сил специалистов, поэтому стоимость таких программ очень высока [138, 192].

Компьютерное обучение должно реализовывать не только соответствующие принципы классической дидактики (например, принцип дифференцированности, вариативности [13, 29, 67, 138]), принципы, имеющихся только в высшей школе (научности, профессиональная направленность обучения [131]), но в достаточно полном объеме свои специфические принципы, которые связаны с необходимостью учитывать технические возможности компьютера [21, 123, 125]. К ним можно отнести: принцип интерактивности, рефлексии, нелинейности информационных структур и процессов, комбинированного использования различных форм обучения, комплексного использования средств мультимедиа [125]. Кроме указанных выше принципов можно отметить еще один принцип - принцип самостоятельного созидания знаний [48].

Для переложения курса на компьютерную технологию обучения преподаватель, ставящий курс, должен иметь представление не только о предметной области, но также быть хорошим методистом (или пользоваться услугами специалиста в этой области), иметь навыки систематизации знаний, быть хорошо информированным о возможностях информационных технологий, а также знать, какими средствами компьютерной поддержки достигается тот или иной дидактический прием. Кроме этого, он должен быть информирован о тех технических средствах и программном обеспечении, которые будут ему доступны как при создании прикладного программного обеспечения, так и при сопровождении учебного процесса [20].

Классификация программных средств для реализации систем компьютерного обучения

Этот архив можно интерпретировать как базу данных или как электронную картотеку, в которой вы можете хранить и организовывать определенным образом почти любой вид информации. В этом архиве можно в любое время отыскать необходимую информацию. Молено воспользоваться базой данных для конфиденциального хранения информации или ее использования совместно с другими людьми, т.к. любая база данных Lotus имеет свои права доступа согласно ACL (Access Control List) - Списку прав доступа. Надо учитывать, что Lotus Notes является локальной программной системой для хранения информации, a Domino - сетевая версия Lotus Notes [200, 11, 184, 14, 22, 222, 72, 148, 97, 24, 194, 106, 71, 175]. Эта особенность определяет состав комплекса LearaingSpace - 5 баз данных, о которых речь пойдет более подробно в следующей главе.

Notes может эффективно функционировать в больших сетях, реализуя тиражирование хранящейся в базе данных информации между серверами. Пользователи могут работать с Notes даже если они не подключены к сети: через коммутируемую телефонную линию [там же]. В качестве такого средства Lotus Notes был признан лучшим средством для групповой работы в компьютерных сетях в 1999 году [16].

Эта особенность для некоторых категорий учащихся играет весомую роль в процессе обучения, т.к. дает возможность перемещаться с места на место, работая на портативном компьютере и подключаться к серверу курсов по мере необходимости с помощью телефонной сети и модема из любой точки земного шара.

Вернемся к основной структурной единице Lotus Notes - базе данных. База данных Lotus Notes содержит совокупность документов. Документ представляет собой основной модуль информации в Lotus Notes и фактически является электронным эквивалентом документа, отпечатанного на бумаге. В качестве документа может выступать сводка новостей по интересующей вас теме, перечень жалоб заказчиков, отчет о состоянии дел или телефонное сообщение и т.п. Большинство документов Notes содержат текст, графику, рисунки, а так же другие виды информации [200, 11, 184, 14, 22, 222, 72, 148, 97, 24, 194, 106, 71, 175].

Надо дополнить, что Lotus Notes и Domino - инструменты, разработанные для сбора, организации и разделения знаний и информации [200, 222]. Notes собирает знания для хранения их в базах данных документов, каждый из которых - комбинация информации и знаний.

Применение возможности обсуждений учебного материала, заданий и т.п. в процессе обучения - очень важная особенность LeamingSpace, т.к. придает процессу обучения свойства интерактивности.

Одна из сильных сторон Notes - средства управления документами. Эта черта пакета превращает его в интеллектуальную платформу, способную справиться с бурно растущим числом публикуемых HTML-документов. Так как документы в базе данных могут сохраняться в формате HTML, пользователи без труда могут их обновлять; при этом документы остаются легкодоступными для самого широкого круга пользователей. Notes позволяет локальным клиентам просматривать документы в исходном формате, удаленным пользователям создавать копию базы данных и просматривать документы позже, а пользователям, не имеющим доступа к Notes, запускать браузер Web (например, Netscape Navigator или Microsoft Explorer) и с его помощью обращаться к хранилищу сообщений [11, 14, 22, 24, 173, 180, 184, 200, 222].

В связи с этим, LeamingSpace (как приложение Lotus Notes / Domino) позволяет изучать курсы как с использованием Lotus Notes, так и с помощью любого Web-browser. Поскольку обучаемые имеют доступ к курсу с помощью включенного в сеть компьютера, они могут находиться от центра обучения и друг от друга за сотни и тысячи километров, и расстояние не имеет значения для учебного процесса. В то же время участники курса вместе с преподавателями составляют группу, каждый член которой может участвовать в дискуссиях и совместных проектах, обмениваться идеями, задавать вопросы и получать ответы.

Другая особенность Lotus Notes - существование собственной электронной почтовой системы (e-mail) [16, 180]. Собственно говоря, вся сетевая работа Lotus Domino построена именно на применении электронной почты. Notes при использовании электронной почты с помощью присоединений посылает фрагмент электронной таблицы или иного вложения в текст вместе с документом, что полностью сохраняет авторский вид документа и не требует каких-либо преобразований. Именно почтовая система является связующим звеном в общении преподавателя и обучаемого.

Еще одна особенность курсов LearningSpace, являющаяся следствием особенности структуры документов Lotus Notes, - то, что учащийся может свободно планировать время занятий, поскольку четко регламентированное расписание отсутствует. Необходимо лишь укладываться в контрольные сроки по каждому этапу обучения, вовремя сдавать задания и экзамены.

Вернемся к вопросу защиты данных. Необходимость в надежном обеспечении безопасности документов не менее актуальна, чем проблема мобильных пользователей. Поскольку база данных Notes на персональном компьютере защищена слабее, чем на сервере, запертом в отдельном помещении, компания-разработчик предлагает пользователям средства полномасштабного шифрования баз данных на своих машинах. В дополнение к этому локальные базы данных характеризуются теперь таким же уровнем управления доступом, что и базы данных на сервере, поэтому неавторизованные пользователи даже при наличии физического доступа к машине не могут просматривать содержимое баз данных.

Еще одна особенность программы Lotus Notes/Domino - экран задания пароля с защитой от "взломщиков". Экран возникает при первичной регистрации на сервере Notes и, по мере того как пользователь набирает на клавиатуре пароль, отображает последовательность иероглифов.

Структура LearningSpace и принципы работы

В лекционном курсе модуля «Информационные технологии» рассматриваются понятия Информационная технология, СУБД, текстовые редакторы, электронные таблицы и другие. В данном модуле имеется большой практический раздел, посвященный работе в текстовом процессоре Microsoft Word, электронных таблицах Microsoft Excel.

Лекции по модулю «Компьютерные сети» включают в себя понятия компьютерная сеть, архитектура компьютерной сети, протокол передачи данных и т.д., а также понятия о семиуровневой модели передачи данных. Данный раздел снабжен ссылками на мультимедийный учебник по компьютерным сетям, находящийся на CD-ROM - приложении к журналу «Компьютер-Пресс» № 10, 11, 12 1998 года и на некоторые Web-сайты Internet.

По каждому разделу имеется список основных терминов и определений, который очень полезен для студентов при ответе на экзамене.

По любой лекции студент может задать преподавателю вопрос и отправить его по электронной почте. Это делается нажатием на кнопку «Start Discussion» (Начать дискуссию) и заполнением стандартной формы вопроса. Вопрос сохраняется в базе данных CourseRoom. После этого средствами электронной почты вопрос передается преподавателю. Как только преподаватель прочтет вопрос, он отправляет ответ. Такой «диалог» преподавателя и ученика организован с использованием базы данных CourseRoom в виде дискуссии.

По каждому разделу обучаемому задаются контрольные вопросы (от 3 до б в зависимости от раздела). Вопросы выбираются случайным образом из имеющегося списка по выбранной теме. Этот список включает в себя от 10 до 17 вопросов в зависимости от раздела. Почти все вопросы имеют тип Ореп-Ended (Открытый вопрос), который предполагает самостоятельный ответ студента на вопрос в произвольной форме. Свободный ответ позволяет наиболее точно определить уровень знаний студентов, т.к. преподаватель проверяет вопросы этого типа сам и сам же выставляет за них оценки и оценочные баллы. Только по теме «Классификация ЭВМ», которая входит в раздел «Основные понятия информатики», вопросы имеют тип Multiple Choice - Multiple Answer (Несколько вариантов - Несколько ответов). Вопросы этого типа имеют определенный преподавателем оценочный балл и разделяются по уровню сложности. При получении ответа компьютер сам проверяет его правильность, сверяя полученный от обучаемого ответ с заранее известным ответом (который дает преподаватель), и в зависимости от правильности компьютер сам выставляет баллы. Перед отправкой информации о полученных баллах за ответ и оценках обучаемому преподаватель имеет право изменить количество баллов, поставленных за ответ компьютером. К разработанной автором диссертации системе контроля знаний обучающихся за каждый правильный ответ на вопрос дается 4-5 баллов за вопрос типа Open-Ended и 2 балла за правильный ответ на вопрос типа Multiple Choice - Multiple Answer или Multiple Choice - Single Answer. Такое распределение баллов обусловлено уровнем прилагаемых к ответу умственных усилий, характером и объемом знаний материала для правильного ответа и другими причинами.

Контрольные вопросы хранятся в базе данных Assessment, доступ к которой имеет только преподаватель. При работе с курсом студента контрольные вопросы выбираются произвольно из базы данных Assessment и передаются в базу данных Schedule, где их читает обучающийся и отвечает на них. Ответы передаются в базу данных Assessment, где их проверяет преподаватель и формирует оценку. Оценка возвращается в базу данных Profiles, где ее может прочитать студент. Кроме этого, по разделу «Аппаратное обеспечение ЭВМ» имеется групповое задание по написанию реферата по предложенному преподавателем плану. Данное задание хранится в базе данных Schedule и может быть доступно только преподавателю полностью. В зависимости от уровня подготовки обучаемых полная копия задания или ее часть выдается для выполнения студентам. Данное задание обучающиеся должны выполнить в базе данных CourseRoom и предоставить на оценивание преподавателю. При его выполнении обучающиеся должны пользоваться возможностями электронной почты для организации совместной деятельности. В базе данных Profiles хранится информация о студентах и преподавателях, а также данные контрольных опросов студентов и оценках за них. В Приложении 4 приведены копии экранов, иллюстрирующие различные фрагменты созданного курса. По охвату материала курс является универсальным, а наличие оценок, которые выставляет компьютер, позволяет разгрузить преподавателя от проверок ответов студентов. Разработанный курс принят в опытную эксплуатацию, о чем имеется соответствующий акт (см. Приложение 5) Воспользуемся методикой, описанной в Главе 2, для оценки параметров курса, описанного в Параграфе 4.3. Этот курс содержит 10 тематических модулей, общее количество фрагментов теоретического материала - 74, количество вопросов - 45, при этом вопросы сгруппированы в 9 блоков. Процесс прохождения курса можно смоделировать сетью Петри со случайным срабатыванием переходов и соответствующей цепью Маркова, содержащей 30 узлов (см. Рисунок 4.3). Каждый узел цепи - либо фрагмент теоретического материала, либо блок вопросов одного из видов (да-нет, выбор альтернативного ответа, «открытый» ответ) или комбинация вопросов разного вида. Вероятности переходов между узлами и трудоемкость этапов можно определить экспертно. Количество узлов, моделирующих все варианты вопросов, было сокращено путем их группировки, как это описано выше.

В модели выделены следующие состояния: S/ - изучение теоретического материала Модуля 1; ,%, Sj - ответы на вопросы по первому модулю; & -изучение теоретического материала Модуля 2; Sj - S7 - ответы на вопросы второго модуля «ЭВМ»; S$ - ответы на вопросы второго модуля «Классификация ЭВМ»; Sy - изучение теоретического материала Модуля 3; Sio, Sn - ответы на вопросы по третьему модулю; S(2 - изучение теоретического материала Модуля 4; Sis, Su - ответы на вопросы четвертого модуля; Sis -изучение теоретического материала Модуля 5; SK, - изучение теоретического материала Модуля 6; S{j S;g - ответы на вопросы шестого модуля; S20 -изучение теоретического материала Модуля 7; 5 2 / - S23 - ответы на вопросы седьмого модуля; S24 - изучение теоретического материала Модуля 8; S25 -изучение теоретического материала Модуля 9; 5 - ответы на вопросы девятого модуля; S27 - изучение теоретического материала Модуля 10; 5 -- S29 - ответы на вопросы девятого модуля; S o завершение изучения обучающего курса. Из рисунка видно, что состояния S; - S29 относятся к множеству невозвратных состояний, SJO - поглощающее состояние.