Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1 Анализ состояния проблемы внедрения информационных технологий в обр азов а тельную систему .
1.1 Подходы для построения структуры образовательного ресурса 9
1.2 Инструментальные средства для создания образовательных ресурсов
1.3 Обзор публикаций, посвященных результатам использования передовых технологий в составе ЭОР
РАЗДЕЛ 2 Адаптация модели эволюции «власть - общество» к управлению развитием электронными образовательными ресурсами 37
2.1 Адаптация модели «власть - общество» для применения к развитию образовательного ресурса
2.2 Создание программы для численного моделирования 44
РАЗДЕЛ 3 Построение системы показателей уровня электронного обр азов а тельного ресурса эксперимент 50
3.1 Определение системы показателей уровня образовательных ресурсов
3.2 Исследование согласованности мнений экспертов при оценке показателей уровня образовательного ресурса
3.3 Обработка экспертных оценок с использованием метода группового оценивания
3.4 Обработка экспертных оценок с использованием методов средних рангов и медианы рангов
3.5 Обработка экспертных оценок с использованием медианы Кемени 61
3.6 Хронология изменения требуемого уровня электронного образовательного ресурса
3.7 Исследование модели эволюции посредством численного моделирования
РАЗДЕЛ 4 Применение результатов исследования для прогноза развития созданных образовательных ресурсов 77
4.1 Описание авторской инструментальной среды 77
4.2 Описание образовательных ресурсов созданных с помощью АИС 82
4.3 Прогноз вариантов развития АИС и созданных в ней ~„ образовательных ресурсов
Заключение 95
Литература
- Подходы для построения структуры образовательного ресурса
- Адаптация модели «власть - общество» для применения к развитию образовательного ресурса
- Определение системы показателей уровня образовательных ресурсов
- Описание авторской инструментальной среды
Введение к работе
Актуальность исследования моделей перехода образовательного ресурса с одного уровня на качественно другой определяется тем, что в условиях наращивания инвестиций в сферу образования возникает проблема готовности системы к их приему и рациональному использованию. Требование повышения этого уровня вызвало необходимость определения момента наиболее выгодного начала инвестирования в развитие образовательных ресурсов и эффективного распределения их суммарного объема во времени.
Цель исследования состоит в повышении эффективности управления развитием электронных образовательных ресурсов Задачи исследования.
1. Анализ состояния проблемы внедрения информационных технологий в образовательную систему.
Адаптация модели эволюции «власть-общество» к управлению развитием электронными образовательными ресурсами.
Построение системы показателей уровня электронного образовательного ресурса. Определение веса выявленных показателей с использованием математических методов обработки экспертных оценок. Получение зависимости требуемого уровня образовательного ресурса от времени.
Проведение серии экспериментов с помощью программы, анализ полученных результатов.
Методы исследования: методы системного анализа, методы теории экспертных оценок и методы построения формальных моделей бизнес-систем.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования.
Модель развития системы «власть-общество» адаптирована для управления развитием образовательных ресурсов.
Построена система показателей для числовой оценки уровня электронного образовательного ресурса.
При помощи численного моделирования проведено исследование влияния графика инвестирования на эффективность процесса перехода на новый уровень развития электронного образовательного ресурса.
Практическая значимость исследования.
Предложена числовая оценка уровня образовательного ресурса с помощью системы показателей.
Разработана программа для предложенной математической модели, позволяющая вести расчеты, по результатам которых возможно определение графика инвестирования при выбранной стратегии развития образовательного ресурса.
Разработаны и внедрены авторские инструментальные среды для создания электронных образовательных ресурсов.
4. Авторская инструментальная среда может быть использована для автоматизированного создания виртуальных представительств и других электронных ресурсов в системах классического и открытого образования, а также учебных центрах с произвольной специализацией.
Достоверность результатов исследования обеспечивается корректным применением методов системного анализа и экспертных оценок; адекватностью предложенной модели эволюции образовательных ресурсов реальным процессам их развития; опытом эксплуатации разработанных моделей, методов и созданных на их базе программ.
Реализация результатов работы. В настоящее время результаты исследования и разработок, включая авторские инструментальные среды, используются следующими организациями, что подтверждается соответствующими актами внедрения: Сибирский государственный технологический университет; Восточно-Сибирский институт МВД России; Сибирский филиал ФГУ ВНИИПО МЧС России.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах, основными из которых являются:
Всероссийские научно- технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» г. Улан-Удэ. 2002, 2003, 2004 гг; II, III, IV Всесибирский конгресс женщин-математиков, г.Красноярск, 2002, 2004, 2006; Международная научно-методическая конференция. Посвященная 375-летию г. Красноярска (1628-2003гг.) г. Красноярск, 2003г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Лесной и химический комплексы: проблемы и решения», г. Красноярск, 2001-2005г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы информатизации региона», г. Красноярск, 2001; межвузовская научная конференция «Информатика и информационные технологии» Красноярск, КГТУ, 2002-2005; Межкафедральный семинар «Концепции и методологии создания информационных систем» СибГТУ, 2003-2007;
Всероссийская научно-практическая конференция «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии», 2007, Оренбург.
Публикации: по материалам диссертации опубликовано 28 работ: 12 статей, из которых 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК (Открытое образование, 2001, 2007, Вестник КрасГУ, 2004), 5 свидетельств об официальной регистрации программ для ЭВМ, 4 отчета по грантам, 7 тезисов докладов.
На различных этапах выполнения диссертационная работа была поддержана грантами: Создание образовательных информационных ресурсов поддержано грантами: Красноярского краевого экологического фонда 2000-2003 гг., Красноярского краевого фонда науки 2001 г. №10F144M «Разновозрастная мультимедийная лаборатория», ФЦП Интеграция проект №68 (направление 2.1) А0020, 2000-2003гг; Государственная поддержка победителям конкурса образовательных учреждений НПО и СПО, внедряющих инновационные образовательные программы в рамках национального проекта «Образование» (ГОУ СПО Новосибирский авиационный технический колледж), 2007.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 121 наименования. Содержание работы изложено на 123 страницах.
Подходы для построения структуры образовательного ресурса
Логическим и во многом естественным для конца XX века в области развития образования стало появление новых типов образовательной деятельности, образовательных услуг и образовательных учреждений -отрытого, гибкого, дистанционного образования. В реальной практике все эти слова часто используются и как близкие по смыслу, и как обозначающие разные явления в области образования. Открытое обучение в Европе получило интенсивное развитие в начале 70-х годов и связано с созданием ряда Открытых университетов. В Великобритании, например, более 50 % программ обучения на степень магистра в области управления проводится с использованием методов открытого образования.
В настоящее время учебные заведения, предлагающие открытое образование, имеют хорошо отработанные технологии обучения, модульное построение содержания, программы обучения с применением новых информационных технологий, включающие спутниковое телевидение, компьютерные сети, мультимедиа и т.п.
Теоретический анализ модульного обучения позволил выделить следующие его особенности: модульное обучение обеспечивает обязательную проработку каждого компонента дидактической системы и наглядное их представление в модульной программе и модулях; модульное обучение предполагает четкую структуризацию содержания обучения, последовательное изложение теоретического материала, обеспечение учебного процесса методическим материалом и системой оценки и контроля усвоения знаний, позволяющей корректировать процесс обучения; модульное обучение предусматривает вариативность обучения, адаптацию учебного процесса к индивидуальным возможностям и запросам обучающихся.
Эти отличительные особенности модульного обучения позволяют выявить его высокую технологичность, которая определяется: структуризацией содержания обучения; четкой последовательностью предъявления всех элементов дидактической системы (целей, содержания, способов управления учебным процессом) в форме модульной программы; вариативностью структурных организационно-методических единиц. Термы (терминологические словари входных и выходных значений) дают содержательное описание модулей дисциплин учебных планов. Каждый терм приписан к одному и только одному модулю, а терминологическая связь осуществляется за счет введения ссылок входного терма на соответствующий выходной. Связность модулей определяется на основании связности термов. Выбрав два произвольных модуля, можно пересчитать количество согласованных термов, т.е. выходных первого модуля, которые используются во втором модуле. Чем больше таких термов, тем более сильно связны модули. По аналогии связности модулей можно ввести понятие связности дисциплин [62].
В статье А. В. Пастуховского [78] рассмотрены вопросы автоматизации проектирования сложных обучающих курсов на базе фрагментов обучающих программ. Основой процедуры генерации является разработанный авторами алгоритм, учитывающий паспорт курса, логические ограничения на его структуру и предысторию обучаемого. Метод основан на применении ориентированных гиперграфов для представления логических ограничений и порождения охватывающего множества структур курсов, позволяет оперативно проектировать автоматизированные курсы индивидуального обучения, оптимизировать их по заданным пользователем критериям.
С точки зрения Н.В. Смирновой [98] - реализация индивидуальных образовательных маршрутов в различных педагогических средах требует особо подготовленного педагога. Это безусловно педагог, характеризующийся гуманистической направленностью, имеющий интегративные психолого-педагогические знания. Наиболее успешны в организации индивидуальных маршрутов учащихся будут те педагоги, которые знают и владеют набором разных смыслов, форм и технологий образования, то есть опираются на концепцию, допускающую внутри себя многообразие образовательных траекторий учеников. От такого учителя требуется непрерывное переопределение своих действий и позиций, он подчас не знает о своих дальнейших действиях, для него становится привычной ситуация образовательной и профессиональной неопределенности [98].
Адаптация модели «власть - общество» для применения к развитию образовательного ресурса
Рассмотрена модель развития, «власть-общество» предложенная А.П. Михайловом [59], в которой подразумевается, что существует числовая характеристика, характеризующая количество властных полномочий того или иного органа власти, уровень той или иной инстанции в властной иерархии обозначается через х, при этом х = О соответствует высшему уровню иерархии, х = 1 — низшему.
Количество полномочий инстанции X в момент времени t обозначается через p\x,t). Модель описывает изменение количества власти инстанции в соответствии с основным поведенческим постулатом и реакцией гражданского общества и имеет следующий вид: Вид функции F{p,x,t) существенно зависит от конкретной исторической ситуации, формы правления, менталитета общества и т.д.
В рамках модели система "власть-общество" называется правовой, если ее реакция на действия любой инстанции иерархии всегда направлена на удержание уровня власти инстанции в рамках предписанных ей полномочий.
Правовая система отрицательно реагирует на превышение уровня власти относительно разумного с точки зрения общества интервала значений, усиливая реакцию с увеличением этого отклонения (при отклонениях, уменьшающих средний уровень власти, реакция обратная, т.е. система требует увеличения уровня властного влияния).
В самом простом случае этот «разумный с точки зрения общества интервал значений» сводится просто к кривой на плоскости \x,t). Это означает, что, для каждой инстанции х существует некоторое желательное с точки зрения общества количество власти p0\x,t) [29].
В последствии эта модель получила развитие, при этом каждая инстанция обладает определенным набором властных полномочий, количество которых у каждой инстанции меняется со временем. Эту изменчивость назвали динамикой власти, которая происходит за счет: 1) процессов внутренней организации властной иерархии; 2) реакции (положительной или отрицательной) гражданского общества. В рамках этой модели предполагается многопрофильный подход, при
котором существует несколько устойчивых состояний, в которых может находиться система "власть + гражданское общество". Аналогично модели «власть-общество» (2.1) уровень инстанции в иерархии обозначается через х, при этом х = 0 соответствует высшему уровню иерархии, х = 1 - низшему. Количество полномочий инстанции х в момент времени t обозначен через p(x,t).
Модель (2.1, 2.3) имеет успешное применение в различных областях таких как: моделирование смены политической власти, биофизике популяций, моделировании социально-экономических процессов, и ряде других приложений [29, 89].
Для применения модели в области развития образовательных ресурсов введем следующие обозначения. Так в качестве пространственной координаты X возьмем полноту соответствия требованиям образовательного ресурса, полагая, что его модернизация осуществляется в строгом порядке (от начала до конца). Требуемый, достигнутый и фактический уровень образовательного ресурса будут Р {X,t),Pw(X,t) и Р\Х,і) соответственно. В качестве реакции общества F[P,X,t), будет выступать реакция разработчика (группы разработчиков) ЭОР. Далее предполагаем наличие внешнего управляющего воздействия (административного, финансового и т.д.), назовем его инвестиции и обозначим l{P,X,i), заданного таким образом, чтобы «вырвать» фактический уровень, из области притяжения достигнутого уровня P yXj) и перевести его в область притяжения требуемого уровня Р(3)(Х,ґ). При этом можно выделить переходный уровень Рі2)(х,і), который представляет собой неустойчивое состояние системы.
Определение системы показателей уровня образовательных ресурсов
В процессе анализа образовательных ресурсов, предъявляемых требований к их структуре и содержанию, была составлена таблица 3.1, характеризующая динамику возникновения показателей уровня электронных образовательных ресурсов.
Для получения приоритетных показателей уровня образовательного ресурса в числовом виде, был выбран метод экспертных оценок.
Методы экспертных оценок - это методы организации работы со специалистами-экспертами и обработки мнений экспертов. Эти мнения обычно выражены частично в количественной, частично в качественной форме [4].
Существует масса методов получения экспертных оценок. В одних с каждым экспертом работают отдельно, он даже не знает, кто еще является экспертом, а потому высказывает свое мнение независимо от авторитетов. В других - экспертов собирают вместе для подготовки материалов, при этом эксперты обсуждают проблему друг с другом, учатся друг у друга, и неверные мнения отбрасываются. В одних методах число экспертов фиксировано и таково, чтобы статистические методы проверки согласованности мнений и затем их усреднения позволяли принимать обоснованные решения. В других - число экспертов растет в процессе проведения экспертизы, например, при использовании метода «снежного кома». Не меньше существует и методов обработки ответов экспертов.
Психологами доказано, что попарное сопоставление лежит в основе любого выбора, тем не менее, часто заранее составляют шкалу порядка и фиксируют в ней опорные точки (баллы).
Составление списка возможных экспертов облегчается тогда, когда рассматриваемый вид экспертизы проводится многократно. В таких ситуациях обычно ведется реестр возможных экспертов, если экспертиза проводится впервые, устоявшиеся списки возможных экспертов отсутствуют, однако и в этом случае у каждого конкретного специалиста есть некоторое представление о том, что требуется от эксперта в подобной ситуации. Для формирования списка зачастую используют метод "снежного кома", при этом каждый специалист, привлекаемый в качестве эксперта, сообщает несколько фамилий (рекомендует) других экспертов по рассматриваемой тематике.
На базе таблицы 3.1 была разработана анкета опроса экспертов в области создания электронных образовательных ресурсов, с целю получения числовой оценки параметров, характеризующих уровень компетенции создателя образовательного ресурса.
Информация, представленная в анкетах заносится в матрицу опроса размерностью п строк на m столлбцов. Матрица опроса P(n,m) имеет следующий вид:
Коэффициент конкордации (согласованности) Кендалла предназначен для исследования, согласованности мнений экспертов. Вычисление коэффициента конкордации производится по формуле: W = к(п + 1) (3.1) ,=1 где В;- поправки на объединение рангов в оценках экспертов, вычисляемые по формуле: (3.2) где к - число групп объединенных рангов в данной экспертной оценке, %і - число рангов в і-ой группе. Оценивается значимость вычисленного показателя на том основании, что величина Wраспределена как х2 с числом степеней свободы, равном (п-1). Малая величина вычисленного значения асимптотической значимости Р = 0.0000147 означает хорошую согласованность представленных экспертами оценок, что говорит о достаточном единодушии Экспертов.
На следующем этапе на основании матрицы опроса, используя метод группового оценивания определим - вектор групповой оценки; - вектор компетентности. Пусть P(n,m) - матрица опроса, квадратные матрицы РР и Р Р обладают следующими основными свойствами: - симметрические; - действительные; - положительно полуопределенные.
Для таких матриц все собственные значения неотрицательны, в силу чего все собственные вектора действительные.
Собственный вектор р размером п, соответствующий максимальному собственному числу матрицы РР , может быть интерпретирован в качестве вектора групповой оценки (весовых коэффициентов объектов) представленный а таблице 3.3.
Собственный вектор v размером ш, соответствующий максимальному собственному числу матрицы Р Р, может быть интерпретирован в качестве вектора компетентности экспертов (весовых коэффициентов компетентности). Не следует понимать большое значение коэффициента как признак профессиональной компетентности эксперта. Данный весовой коэффициент всего лишь означает близость оценки этого эксперта к некоторой согласованной оценке всей группы экспертов.
Описание авторской инструментальной среды
Авторская инструментальная среда (АИС) - средство, ориентированное на создание образовательных ресурсов.
Первая версия АИС вышла в 2002 году под названием «Конструктор электронных учебников ETConstructor» (Рисунок 4.1) [90]. Среда представляет собой утилиту автоматического преобразования входных документов в контент образовательного ресурса.
При этом процесс создания электронного учебника осуществляется по следующей схеме: в ETConstructor поступает электронный документ, содержащий материал будущего электронного учебника, в одном из двух форматов (MSWord или HTML). В результате анализа входного файла автоматически строилась структура электронного учебника, в соответствии с установленными параметрами конвертирования преобразовывалось его содержимое.
На завершительной стадии готовый электронный учебник записывалось на жесткий диск в виде дерева каталогов, соответствующего структуре учебника и файлов с информационным наполнением. Вся полученная структура объединялась в оболочке, созданной на основе технологии фреймов.
Такой подход дал возможность разделить непосредственно контент и стиль его оформления, что позволяло моментально внедрять отдельные электронные учебники в единую образовательную среду. На протяжении трех лет базовый функционал ETConstructor а расширялся, он стал поддерживать большее количество форматов, теги на языке РНР, более сложные стуктуры тестов.
К 2005 году на его базе создана принципиально новая версия авторской инструментальной среды - «программа для автоматизированного создания учебно-методических комплексов дисциплин УМКД-maker» [76], которая представляет собой полноценное клиент серверное приложение (Рисунок 4.2), обладающее следующими свойствами: - Наличие многооконного интерфейса пользователя. - Поддержка разделяемых прав пользователей, объединенных ролями. - Возможность работы с удаленной базой данных, модель которой показана на рисунке 4.3. - Автоматический и полуавтоматический режим формирования структуры и контента модуля образовательного ресурса. - Наличие корректирующей реакции на смысловые ошибки и др.
Информационная структура образовательного ресурса представляет собой иерархию. Образовательный ресурс состоит из программ (специальность или направление в классическом образовательном учреждении или программа подготовки для учебных центров), которые в свою очередь состоят из курсов (дисциплина в классическом понимании), а те из модулей (тем, разделов...). Схематично представлена на рисунке 4.4
Идентификация пользователя осуществляется путем сопоставления регистрационного имени (Login) и индивидуального пароля, вводимых пользователем при входе в систему с данными, которые были занесены в БД при регистрации.
Роли пользователей: Администратор образовательного ресурса: регистрирует пользователей системы; назначает роли зарегистрированным пользователям в пределах модулей ресурса; управляет доступом пользователя (приостановление / возобновление доступа); Методист: разрабатывает структуру программы образовательного ресурса; определяет взаимосвязь курсов образовательного ресурса между собой (сеть траекторий верхнего уровня); Автор курса образовательного ресурса: определяет структуру курса; определяет взаимосвязь между модулями (сеть траекторий нижнего уровня); создает контент модулей; Тьютор: осуществляет контроль и оценивание выполнения работ (кроме случаев автоматического контроля); проводит консультации обучаемых, принимает участие в общении, дискуссиях т.п.; Обучаемый — доступ к контенту программ, по которым ему предоставленно право обучаться (теоретический материал, практические задания, справочники и т.д.); выполнение контрольных заданий (тестов, задач, проектов и т.д.); доступ к журналу успеваемости в режиме «только чтение»;
![Разработка методов, моделей и алгоритмов прогнозирования и донозологической диагностики кожных болезней, имеющих представительство на проекционных зонах, с использованием нечеткой логики принятия решений и рефлексодиагностики [Электронный ресурс]](/i/i/4381/168311.png "Разработка методов, моделей и алгоритмов прогнозирования и донозологической диагностики кожных болезней, имеющих представительство на проекционных зонах, с использованием нечеткой логики принятия решений и рефлексодиагностики [Электронный ресурс] Ходеев Денис Владимирович")
