Введение к работе
Актуальность темы. Привлечение новых информационных технологий к повышению эффективности овладения научными знаниями является одной из современных ключевых проблем научно-технического прогресса в образовании. В настоящее время в связи с целями совершенствования подготовки новых кадров специалистов и приобщения их к овладению компьютерными технологиями интенсивно создаются и внедряются в учебные процессы компьютерные средства обучения. Актуальность этой проблемы возрастает в последнее время в связи с дифференциацией и специализацией программ и методов преподавания различных дисциплин в ВУЗах, что делает весьма важным накопление в компьютерных обучающих программах опыта ведущих, наиболее квалифицированных специалистов. Тем самым эти программы могут стать одним из средств распространения передовых методик преподавания в нашей стране.
Одновременно с этим в связи с введением в России Государственных стандартов в высшем образовании весьма актуальной становится реализация отвечающих этим стандартам средств тестирования знаний выпускников ВУЗов. Важность этой проблемы усиливается в последнее время в связи с разработкой государственной программы по аттестации ВУЗов России, одним из элементов которой становятся компьютерные средства тестирования знаний.
Компьютеризация обучения теоретической механике имеет большое самостоятельное значение, т.к. эта дисциплина является фундаментом многих дисциплин естественно-научного цикла. Развитие самостоятельности и активности обучаемых, обеспечиваемое применением компьютерных обучающих программ, способствует эффективному освоению этой дисциплины и активному овладению компьютерными технологиями.
Цель работы. Целью работы является создание на базе ПЭВМ Intel-платформы (IBM PC) компьютерной обучающей системы по теоретической механике, включающей компьютерный учебник и системы тестирования и диагностики знаний обучаемых.
Научная новизна и практическая ценность. В диссертации разработана оригинальная концепция построения компьютерной обучающей системы по теоретической механике, предназначенной для использования студентами и преподавателями. Эта концепция состоит в сочетании изучения теоретического материала курса механики с тестированием и
диагностикой знаний обучаемых на основе анализа результатов решения обучаемыми контрольных работ по механике. Ее отличает многоуровневая структуризация системы знаний, выделение элементов знания как основы изложения и количественной оценки усвоения изучаемого материала. Концепция включает также активное использование мультимедиа технологии. В созданные программы включено дикторское сопровождение на основе цифрового звука.
В диссертационной работе проведена формальная постановка задачи тестирования знаний, предложен метод ее решения с использованием пакетов тестовых задач. Формализация постановки этой задачи представляет новый подход к проблеме диагностирования знаний. Предложены и реализованы на ПЭВМ программные системы тестирования и диагностирования знаний - системы "Контрольная работа" и "Диагностика знаний". Контроль знаний в этих системах иелегся на основе анализа решения обучаемыми наборов тестовых концм.іьних іадач.
Диссертация покаллиает один из возможных путей использования компьютерных технологий в предметной области теоретической механики и предста&тяст зтим значительный интерес. Работа может найти практическое применение на механико-математическом факультете МГУ, в других университетах и ВУЗах страны.
Использование построенных систем способствует углубленному изучению материала, повышению самостоятельности в овладении предметом.
Созданные программные системы подготовлены к их распространению в ВУЗах. Начато внедрение этих программных систем. Созданные программы переданы в Фонд обучающих программных средств Российского НИИ Информационных Систем.
Методы исследования. При разработке программной реализации использованы методы - дискретной математики, информатики, современные компьютерные технологии, в том числе - мультимедиа технология на IBM PC.
Отработка теоретического материала по курсу механики, отбор задач и вопросов проводились с использованием опыта преподавания теоретической механики, накопленного на кафедре теоретической механики механико-математического факультета МГУ. Реализация программных систем выполнена в среде программирования Borland Pascal 7.0 и с использованием базы инструментальных средств, разработанных в ИПМ им.М.В.Кеддыша РАН.
Апробация работы. Вся система в целом и различные ее части прошли апробацию с участием преподавателей и студентов механико-математического факультета МГУ. В апробации приняли участие более 60 человек. Результаты работы дважды докладывались на заседании Научно-Методического Совета по теоретической механике Комитета по высшей школе, докладывались на заседании кафедры теоретической механики механико-математического факультета МГУ, на семинарах механико-математического факультета МГУ, на семинарах в Институте прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН, на семинаре в Московском Энергетическом Институте, докладывались на конференциях "Новые информационные технологии в профессиональном образовании" (Алушта, 1994), ICEE'95 (UNESCO, Москва, 1995), опубликованы в 8 работах. Созданные системы неоднократно демонстрировались на выставках по применению компьютерных и мультимедиа технологий в образовании (1992, 1993, 1994 гг.), проведенных под эгидой Государственного Комитета России по высшему образованию, где получили одобрение специалистов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. В работе 139 страниц, 81 рисунок, 8 таблиц. Список литературы включает 61 наименование.