Содержание к диссертации
Введение 3
1. Информационные технологии и компьютерные средства в
образовании 7
Информационно-компьютерные системы в учебном процессе 7
Стандарты при разработке информационно-обучающих систем 24
Принципы открытых систем и разработка информационно-обучающих технологий 57 Выводы 78
2. Модельно-алгоритмическая поддержка оптимизационного
формирования информационного базиса для адаптивно-обучающих
систем 80
Модели и методы интерактивного контроля в адаптивно-обучающих системах 80
Структура информационного базиса для поддержки механизмов многоуровневой адаптации в системе электронного обучения 112 Выводы 125
3. Оптимизация формирования блочно-модульной структуры
ИБ адаптивно-обучающих систем 128
3.1. Моделирование динамики изучения информационного базиса
ИОС с использованием цепей Маркова 128
3.2. Оптимизация блочно-модульной структуры информационного
базиса адаптивно-обучающих систем 131
Выводы 145
4. Система программно-алгоритмической поддержки
оптимизации ИБ интерактивной обучающей технологии 146
Проект практической реализации интерактивной информационно-обучающей системы сетевого типа 146
Аппаратно-программная реализация и функционирование системы оптимизации формирования ИБ УММ 162 Выводы 171 Основные результаты и выводы 172 Список использованных источников 173
Введение к работе
Актуальность работы характеризуется тем, что в рамках методологии системного анализа и основ психолого-педагогических наук отмечается, что внедрение в обучение новых информационных технологий следует рассматривать не только в рамках реализации новой учебной дисциплины, но и как фактор, влияющий на структуру информационного базиса (ИБ) автоматизированной системы обучения, его содержания и процесса формирования. Раскрытие данной позиции можно проследить в исследованиях, связанных с рядом аспектов компьютеризации образования и, в частности, развития интерактивного обучения в нашей стране (Л.А. Растригин, И.П. Норенков, В.А. Старых, В.П. Беспалько, Г.А. Доррер и др.).
При определении параметров информационно-компьютерных систем важно также определить и оптимальные формы представления информации, оптимизировать структуру информационного базиса с учетом основных требований к технологии интерактивного обучения, которое на сегодняшний день входит в число стратегических задач нашей образовательной системы. Существенное внимание интерактивному обучению уделяется в программе Президента РФ «Электронная Россия».
Очевидно, что широкое внедрение информационных технологий в различные сферы образовательной деятельности и наличие огромного количества разработчиков программного обеспечения (ПО) компьютерных систем обучения ставит проблемы стандартизации на первое место среди факторов успешного развития этой деятельности. В сфере образования проблемы стандартизации ПО, применяемого в информационно-обучающих технологиях, также активно обсуждаются в настоящее время.
Ряд международных организаций разрабатывает спецификации и стандарты на информационно-обучающие системы. Начиная с 1999 года, многие специалисты в сфере образования и информационных технологий приходят к заключению о необходимости разработки системного подхода к построению компьютерных обучающих систем и внедрения стандартов на их
программные, информационные и технологические составляющие. Это обеспечит совместимость систем и их элементов, а также их устойчивость к изменениям в сфере информационных технологий, аппаратного и программного обеспечения.
Например, консорциум IMS (IMS Global Learning Consortium) имеет две основные цели:
Определение технических стандартов для интероперабельности приложений и услуг в распределенном обучении.
Поддержка включения спецификаций IMS в продукты и услуги по всему миру. IMS прилагает усилия для содействия широкому принятию спецификаций, что позволит интероперировать распределенным учебным средам и информационным базисам многих разработчиков.
Поэтому проблеме оптимизации формирования информационного базиса в интерактивных адаптивно-обучающих системах, проектируемых на основе современных принципов построения моделей курсов (учебно-методических материалов (УММ) информационного базиса), позволяющих унифицировать требования к их блочно-модульной структуре, последовательности представления компонентов ИБ УММ, упаковке курсов в уникальные оболочки и среды, уделяется в настоящее время серьезное внимание.
Таким образом, существует научно-техническая проблема, заключающаяся в совершенствовании процессов автоматизированного формирования оптимальной блочно-модульной структуры информационного базиса интерактивных адаптивно-обучающих технологий, решение которой позволит повысить эффективность разработки и функционирования программно-информационных средств для систем интерактивного обучения. Ряд новых аспектов при использовании систем интерактивного обучения возникает в связи с планируемой реформой высшего образования, в частности, в связи с переходом на модульно-рейтинговую систему обучения.
Все выше сказанное и обуславливает выбор темы диссертационного исследования, и определяет ее актуальность.
Цель диссертационной работы. На основе исследования и моделирования процесса интерактивного обучения с адаптацией разработать оптимизационные алгоритмы формирования блочно-модульной структуры информационного базиса в интерактивных адаптивно-обучающих системах.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
формализация процесса интерактивного обучения на основе концепции цепей Маркова и разработка на ее базе моделей оптимизации формирования информационного базиса интерактивных адаптивно-обучающих технологий;
исследование вероятностно-временных характеристик сценариев контроля в интерактивных адаптивно-обучающих системах и свойств их информационного базиса, построенного на основе блочно-модулыюго подхода;
изучение свойств полученного класса оптимизационных задач для формирования информационного базиса в интерактивных адаптивно-обучающих системах, обоснование и построение математических методов и алгоритмов решения полученных задач оптимизации;
программная реализация и тестирование построенных моделей и алгоритмов.
Научная новизна работы:
На основе предложенной в работе ГЕРТ-модели сценариев контроля знаний исследованы вероятностно-временные характеристики сценариев, а также реализована новая графо-аналитическая методика оценки и пересмотра сценариев контроля знаний в адаптивно-обучающих системах.
Разработана оптимизационная модель формирования информационного базиса интерактивных систем обучения, отличающаяся предложенной в диссертации оригинальной методикой моделирования
процесса изучения ИБ УММ с применением цепей Маркова с дискретным временем.
3. Впервые предложены и программно реализованы алгоритмы решения задач определения оптимальной по трудоемкости освоения блочно-модульной структуры информационного базиса для случаев равномерной разбивки базиса и его синтеза из заданных блоков.
Значение для теории. Теоретически обоснована возможность применения стохастических ГЕРТ-сетевых моделей для реализации графоаналитической методики оценки и пересмотра сценариев контроля знаний в интерактивных адаптивно-обучающих системах. Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, создают теоретическую основу как для повышения эффективности функционирования адаптивных систем обучения, так и для улучшения качества компьютерной обработки информации при формировании оптимальной блочно-модульной структуры информационного базиса данного класса систем.
На защиту выносятся;
ГЕРТ-методика оценки и пересмотра сценариев контроля знаний в адаптивно-обучающих системах, позволяющая получать вероятностно-временные характеристики ГЕРТ-сценариев, в которые уже включены случайные отклонения и неопределенность, возникающие непосредственно во время выполнения процедуры контроля знаний;
оптимизационная модель формирования информационного базиса интерактивных систем обучения, базирующаяся на методике моделирования процесса его изучения с применением цепей Маркова с дискретным временем;
- алгоритмы оптимизации по трудоемкости освоения блочно-
модульной структуры информационного базиса в интерактивных адаптивно-
обучающих системах, обеспечивающие как равномерную разбивку базиса (на
равновеликие блоки), так и синтез модульной структуры информационного
базиса из заданных блоков.
