Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние, проблемы и перспективы информатизации обучения в вузах 21
1.1. Перспективные направления информатизации университета 21
1.2. Информатизация обучения как средство повышения качества профессиональной подготовки будущих специалистов 72
1.3. Психолого-педагогические аспекты проблемы информатизации в вузе 87
2. Применение технологий управления знаниями в учебном процессе 133
2.1. Классификация и свойства знаний 133
2.2. Качество образования как основной фактор системы управления знаниями вуза 164
2.3 Анализ учебного процесса 171
2.4 Принципы построения информационных систем, обеспечивающих учебный процесс 180
2.5 Системы управления знаниями 185
2.6 Процессы обработки знаний 187
2.7 Архитектура систем управления знаниями 189
2.8 Базовые технологии обработки знаний 196
3. Методика построения информационной образовательной среды вуза на основе технологий управления знаниями 209
3.1 Модель информационной образовательной среды вуза на основе технологий управления знаний
3.2 Образовательные порталы управления знаниями 219
3.3 Психо лого-педагогические аспекты использования портальной технологии в учебном процессе вуза 249
4. Методы представления знаний в информационной образовательной среде основанной на технологиях управления знаниями 290
4.1 Онтологический подход к моделированию предметных областей 290
4.2 Разработка методов создания контента корпоративного портала управления знаниями на основе онтологии 330
5. Экспериментальная проверка эффективности построения информационной образовательной среды вуза на основе технологий управления знаниями 360
5.1 Организация опытно-экспериментальной работы 360
5.2 Содержание и основные результаты опытно-экспериментальной работы 387
Заключение 407
Список использованных источников 410
Приложение 1. Терминологический словарь предметной области 444
Приложение 2. Расчетные таблицы 518
- Информатизация обучения как средство повышения качества профессиональной подготовки будущих специалистов
- Качество образования как основной фактор системы управления знаниями вуза
- Психо лого-педагогические аспекты использования портальной технологии в учебном процессе вуза
- Разработка методов создания контента корпоративного портала управления знаниями на основе онтологии
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Формирующееся информационное общество предъявляет к выпускникам высших учебных заведений новые требования: необходимость постоянного обновления знаний и умений; повышение социальной активности и профессиональной мобильности; способность быстро и эффективно принимать решения в условиях неопределенности и информационного переполнения. Особую значимость при этом приобретает процесс информатизации образования, который можно рассматривать как одну из линий социализации и развития специалиста в современных условиях.
Значимость и специфика использования информационных и телекоммуникационных технологий при подготовке студентов вузов рассматривалась во многих педагогических исследованиях. Вопросам информатизации высшего образования посвятили свои научные труды А.Г. Абросимов, С.Л. Атанасян, С.Г. Григорьев, В.В. Гриншкун, И.Б. Готская, А.П. Ершов, С.А. Жданов, Ю.И. Капустин, А.Ю. Кравцова, А.А. Кузнецов, М.П. Лапчик, С.И. Макаров, С.В. Панюкова, И.В. Роберт, Н.Х. Розов, А.Н. Тихонов и многие другие ученые. За рубежом большой вклад в решение проблем информатизации образования внесли Р. Вильямс, Н. Вирт, Д. Грисс, Э. Дейкстра, П. Деннинг, Д. Кнут, С. Пейперт, Б. Хантер и другие.
Из числа известных направлений информатизации образования в вузе основное внимание в данной работе уделено вопросам информатизации учебного процесса. При этом, какой бы подход к построению учебного процесса в вузе (деятельностный, компетентностный, культурологический и т.д.) мы бы не использовали, везде одним из ведущих компонентов выступают знания.
Наибольшее распространение для описания систем, ориентированных на знания, получили специализированные технологии управления знаниями, представляющие собой совокупность процессов и технологий для выявления, создания, распространения, обработки, хранения и предоставления для использования знаний внутри определенного сообщества или организации.
Вопросы разработки методологии управления знаниями нашли отражение в работах таких авторов, как Ю. Адлер, Е.А. Балашов, Н.В. Бекетов, Т.Г. Гаврилова, А.Л. Гапоненко, Л.Ю.Григорьев, М.А. Женчур, Д.А. Жуков, О.Л. Ильченко, Н.В. Казакова, А.И. Каптерев, Ю.И. Лобанов, М. Мариничева, Д.С. Марьясин, Б. З. Мильнер, И.И. Просвирин, Е.Н. Рузаев, П.Е. Рузаева и др. Среди зарубежных работ обращают на себя особое внимание исследования, проведенные У.Буковичем, К. Виига, Т.Давенпортом, Ч.Деспресом, Э. Караянисом, И.Нонакой, Л.Прусаком Д.Стаплтоном, Т.Стюартом, Х.Такеуши, Р.Уилльямс, Г. Хедлундом, Д.Чавелом, М. Эрлом и др.
Применительно к высшему учебному заведению под управлением знаниями будем понимать систематический процесс идентификации, использования и передачи информации, знаний, которые участники образовательного процесса могут создавать, совершенствовать и применять. Управление знаниями включает следующие компоненты: стимулирование прироста знаний; отбор и аккумулирование значимых сведений из внешних по отношению к вузу источников; сохранение, классификацию, трансформацию и обеспечение доступности знаний; распространение и обмен знаниями, в том числе в рамках вуза; использование знаний в образовательном процессе вуза; воплощение знаний в услугах, документах, базах данных и программном обеспечении; оценку знаний; защиту знаний.
Использование в процессе информатизации обучения технологий управления знаниями обусловлено как потребностью расширения теоретических представлений о процессах передачи знаний и обучения, так и практическими целями создания и применения эффективных обучающих систем, внедрение которых должно способствовать обеспечению необходимого качества обучения, совершенствованию управления учебным процессом в вузе.
Применение технологий управления знаниями в учебном процессе предполагает реализацию принципов самоорганизации, саморегулирования и самоконтроля. Модель учебного процесса на основе технологий управления знаниями позволяет интегрировать различные формы получения образования с помощью распределенной или виртуальной образовательной среды, в которой обучаемый должен ориентироваться самостоятельно, стремясь к достижению стоящих перед ним образовательных целей. При этом задача преподавания дисциплин в новых условиях предполагает соединение творческих усилий преподавателей, выступающих большей частью в роли консультантов, и обучаемых в процессе постановки и реализации учебных целей и программ.
Основу информационной образовательной среды в условиях использования технологий управления знаниями могут составлять специализированные системы управления знаниями, объединяющие знания смежных научных дисциплин. Такие системы должны обеспечивать интеграцию, накопление и поддержку, а также организацию доступа к знаниям образовательной среды, что позволяет:
объединить различные источники информации по различным дисциплинам, специальностям и участникам образовательного процесса (преподавателям и студентам) в рамках единой системы;
обеспечить постоянное развитие системы за счет обновления теоретического знания и непрерывного накопления нового опыта, полученного преподавателями и студентами в ходе учебного процесса;
предоставлять релевантную решаемой обучающей задаче информацию каждому из участников образовательного процесса в соответствии с его знаниями, предпочтениями и потребностями.
Следует отметить, что до настоящего времени за пределами интереса исследователей и разработчиков остается ряд фундаментальных методических проблем создания и применения систем управления знаниями образовательной организации. Важнейшими из них являются: обоснование места и роли системы управления знаниями в системе преподавания конкретных предметов; исследование принципов отбора контента системы управления знаниями; изучение проблемы структуризации учебной информации, представленной в системе управления знаниями; определение полноты и оптимальной формы представления учебной информации в системе управления знаниями; технология оценки систем управления знаниями как в процессе их разработки, так и в процессе экспертизы готового программного продукта.
Необходимость решения вышеуказанных задач определяет актуальность темы настоящей работы.
Интеграция курсов в рамках системы управления знаниями во многом пересматривает организацию обучения студентов в плане самостоятельного изучения теоретического материала и выполнения практических заданий, использования общего инструментария и лабораторной базы, выделения описаний общих предметных областей и конкретных ситуаций для выполнения сквозных семестровых, лабораторных и курсовых работ и проектов, дипломного проектирования. Изменяется также роль производственной практики обучающихся, в процессе которой может собираться общая информация для организации всего набора учебных курсов.
Традиционное создание учебных курсов осуществляется в соответствии с государственным образовательным стандартом, фиксирующим квалификационные характеристики специальностей. Набор учебных курсов (дисциплин), соответствующий квалификационным характеристикам, составляет общий учебный план специальности. Последующая разработка учебных программ отдельными кафедрами неизбежно приводит к дублированию отдельных положений, которое трудно выявить в силу специфики используемой терминологии в конкретных предметах. На уровне общего образовательного стандарта весь объем используемых терминов в конкретных дисциплинах нельзя в полной мере унифицировать. В результате получаются достаточно жесткие учебно-методические комплексы, которые трудно адаптировать к условиям функционирования конкретного учебного заведения и индивидуальным особенностям обучаемых.
Для повышения качества учебного процесса представляется необходимым интегрировать разработку множества учебных курсов, как на уровне отдельных кафедр, так и на межкафедральном уровне путем координации параллельно выполняемых работ на основе технологий управления знаниями, базирующихся на объектном или компонентном подходе с онтологическим описанием концептуальной модели используемых знаний.
В последние годы формируется новый принцип построения обучающих систем: процесс обучения рассматривается как процесс управления знаниями обучаемого. В рамках этого подхода ведутся работы по разработке интеллектуальных систем управления обучением. Одно из направлений этих разработок связано с созданием адаптивных обучающих систем, т.е. поддерживающих индивидуальный подход в обучении. Такие обучающие системы играют особую роль в развитии новых форм обучения.
Для адаптации используются следующие модели: модель предметной области, модель обучаемого и адаптационная модель. Модель предметной области описывает структуру информационного пространства. Модель обучаемого - это модель, которая содержит информацию об обучаемом, выводимую на основе его взаимодействия с системой. Адаптационная модель содержит механизм, который определяет, как обновляется модель обучаемого в процессе обучения и как на основе информации из модели обучаемого происходит адаптация информационного пространства к этому обучаемому.
Анализ моделей и методов адаптации, применяемых в современных системах, показывает, что до настоящего времени не существует единых подходов к описанию моделей. В каждой системе реализуются свои подходы к обеспечению адаптации. Модели разработаны для реализации отдельных приемов адаптации, и не могут быть использованы для обеспечения других технологий и приемов адаптации. В адаптивных системах, доступных для пользования, нет возможности формирования новых электронных курсов. Адаптивное представление материала курса не зависит от его специфики. Кроме того, в них не учитывается начальный уровень подготовки пользователя и его индивидуальные характеристики.
Таким образом, исследование проблем организации обучения в вузе в условиях применения технологий управления знаниями позволило выявить ряд противоречий, обусловленных несоответствием между:
большим объемом требуемых профессиональных знаний, необходимостью их постоянной актуализации и ограниченными возможностями усвоения знаний обучаемыми с использованием традиционных методов;
возможностью и необходимостью совершенствования организации учебного процесса за счет использования технологий управления знаниями и недостаточностью исследований дидактических возможностей и обоснования направлений эффективного использования этих технологий;
необходимостью развития информатизации обучения в вузах за счет использования технологий управления знаниями и неразработанностью моделей и методик эффективного построения и использования в учебном процессе систем управления знаниями.
Указанные противоречия определяют научную проблему исследования, заключающуюся в необходимости разработки теоретических и практических подходов к использованию технологий управления знаниями для создания и использования средств информатизации учебного процесса в вузе, обеспечению готовности педагогов и других работников системы образования к использованию подобных средств в профессиональной деятельности.
Цель исследования: выявление системы теоретических и методологических положений, регламентирующих порядок использования технологий управления знаниями в рамках информатизации учебного процесса в вузе.
Объект исследования: информатизация образования в вузе.
Предмет исследования: теория и методология использования технологий управления знаниями для построения информационной образовательной среды вуза.
Гипотеза исследования: использование технологий управления знаниями в учебном процессе вуза способствует повышению эффективности обучения, выражающемуся в:
совершенствовании учебного процесса на основе развития личности обучаемых, достижения ими профессиональной, информационной и социальной компетенций;
автоматизации процессов сбора информации, выявления и формализации новых знаний, опирающихся на весь накопленный и формализованный ранее потенциал знаний вуза (на входную информацию); на коллективный интеллект и интуицию задействованных в процессе обучения людей (на совместную работу) и на вычислительные приложения;
адаптации к индивидуальным особенностям обучаемых за счет использования формируемых в процессе обучения новых методических знаний;
сокращении сроков освоения и повышении эффективности использования средств информатизации образования обучаемыми и преподавателями за счет их активного участия в процессе формирования базы знаний и дружественного интерфейса используемых электронных образовательных ресурсов.
В соответствии с целью, предметом и гипотезой исследования были поставлены следующие задачи:
анализ современного состояния, психолого-педагогических проблем и перспектив информатизации обучения в вузах;
исследование возможностей применения технологий управления знаниями в организации учебного процесса в вузах;
определение подходов к использованию технологии управления знаниями при разработке электронных образовательных ресурсов;
определение особенностей использования систем управления знаниями в обучении с учетом психологических особенностей работы педагогов и студентов в сети;
разработка методики построения и использования в учебном процессе системы управления знаниями на основе корпоративного портала управления знаниями, предназначенной для сбора информации, выявления и формализации новых знаний, а также выдачи накопленной и вновь созданной информации обучаемому в соответствии с принятой технологией обучения,
разработка принципов и алгоритмов формализации описания контента корпоративного портала управления знаниями;
разработка методологии измерения и оценки педагогической значимости использования корпоративных порталов управления знаниями в обучении;
экспериментальная проверка эффективности разработанных методик и принципов для совершенствования образовательного процесса.
Методологическую и теоретическую основу исследования составили:
теоретические основы высшего профессионального образования (С.И. Архангельский, В.В. Афанасьев, В.И. Горовая, В.П. Елютин, В.А. Сластенин, Е.И. Смирнов, В.А. Якунин и др.);
педагогическое проектирование и моделирование (А.П. Аношкин, С.И. Архангельский, B.C. Безрукова, В.П. Беспалько, Н.И. Суртаева, А.П. Тряпицина, А.И. Уман и др.);
теория деятельности, интегральный подход к обучаемому как личности и субъекту деятельности (А.Л. Алексеев, А.Г. Асмолов, Л.И. Божович, Е.В. Бондаревская, В.Т. Кудрявцев, А.Н. Леонтьев, А.В. Петровский, В.В. Сериков, Д.И. Фельдштейн, Д.Б. Эльконин И.С. Якиманская и др.);
теория и методология информатизации образования (А.Г. Абросимов, С.Л. Атанасян, С.Г. Григорьев, В.В. Гриншкун, С.А. Жданов, А.П. Ершов, Ю.И. Капустин, А.А. Кузнецов, И.В. Роберт, А.И. Ракитов, А.Я. Савельев, А.Н. Тихонов), создания и использования средств обучения (Л.С. Зазнобина, С.И. Макаров, Т.С. Назарова, Е.С. Полат, С.Г. Шаповаленко и др.);
методологические основы менеджмента знаний в организациях (Ю. Адлер, Е.А. Балашов, Н.В. Бекетов, Т. Гаврилова, А.Л. Гапоненко, Л.Ю.Григорьев, П. Друкер, М.А. Женчур, Д.А. Жуков, О.Л. Ильченко, Н.В. Казакова, А.И. Каптерев, Ю.И. Лобанов, М. Мариничева, Д.С. Марьясин, Б. З. Мильнер, И. Нонака, И.И. Просвирин, К. Коллисон, Дж. Праселл, Е.Н. Рузаев, П.Е. Рузаева, М.К. Румизен, К. Свейби, Х. Такеучи и др.).
Источниками исследования явились научные труды по философии, психологии, педагогике, информатизации образования, касающиеся процессов внедрения информационных и телекоммуникационных технологий в учебную деятельность вузов, Закон Российской Федерации «Об образовании», учебные планы, программы и пособия, компьютерные программные средства и документация к ним, выпущенные в Курском государственном университете, учебные и методические материалы других вузов, многолетний опыт работы автора в области информатизации высшего образования.
Методы исследования определялись его целями, задачами конкретного этапа, концептуальными подходами, реализованными в исследовании:
теоретического анализа (сравнительно-сопоставительный, системный, логический, моделирование, обобщение опыта): изучение психологической, педагогической, методической и технической литературы, электронных образовательных ресурсов;
опросно-диагностические (анкетирование, интервьюирование, беседа, тестирование, оценивание-рейтинг, обобщение независимых характеристик): беседы с преподавателями, студентами; компьютерное тестирование студентов;
обсервационные (прямое, косвенное, включенное наблюдение, самонаблюдение): наблюдение за ходом образовательного процесса, за деятельностью студентов;
праксиметрические (анализ продуктов деятельности студентов и преподавателей): экспертиза электронных ресурсов образовательного портала, проектирование электронных образовательных ресурсов;
экспериментальные (констатирующий, формирующий и диагностический педагогический эксперимент): внедрение электронных образовательных ресурсов в учебный процесс, отработка методики преподавания с помощью электронных программных средств учебного назначения и проверка ее эффективности, анализ и обобщение опыта экспериментальной работы;
количественной и качественной оценки полученных результатов (компьютерная обработка данных, их оформление в виде таблиц, схем, рисунков).
Научная новизна исследования состоит в:
обосновании целесообразности использования технологий управления знаниями для информатизации обучения в вузе;
разработке системы теоретико-педагогических, методических и технологических требований и рекомендаций по созданию и использованию системы управления знаниями вуза на основе корпоративного портала управления знаниями (КПУЗ);
обосновании принципов отбора, адаптации и формализации механизмов учета индивидуальных особенностей обучаемого, а также методов и видов передачи знаний в системе управления знаниями вуза;
разработке модели представления знаний в КПУЗ, решающей задачи организации учебного процесса с учетом описания требований к результатам обучения, содержания учебных курсов, индивидуальных программ обучения;
определении факторов использования корпоративных порталов управления знаниями в обучении с учетом психологических особенностей работы педагогов и студентов в сети в контексте образовательной деятельности с акцентом на эффективности представления знаний для их последующего освоения. В этом случае возникает потребность в использовании педагогических и дидактических принципов и методов для организации эффективного взаимодействия пользователя с информационным пространством;
разработке методики измерения и оценки педагогической значимости использования технологий управления знаниями в обучении, определении системы измеряемых показателей и системы оценок, разработке рекомендаций по применению измерителей при описании образовательных траекторий, идентификации педагогической целесообразности, прогнозе и доказательстве педагогической эффективности;
выявлении дополнительных требований к профессионализму педагогов, зависящих как от объективных, так и субъективных факторов, внутренних и внешних условий внедрения технологий управления знаниями в процесс обучения.
Теоретическая значимость исследования заключается в:
разработке теоретической модели системы управления знаниями вуза на основе корпоративного портала управления знаниями, отражающей структуру, содержание и требования к отдельным ее компонентам;
разработке принципов использования технологий управления знаниями в учебном процессе;
разработке на основе онтологий модели представления знаний применяемых в учебном процессе;
определении способов оценки педагогической целесообразности и эффективности использования технологий управления знаниями в процессе обучения, а также выявлении степени влияния технологий управления знаниями на повышение эффективности подготовки специалистов в системе высшего профессионального образования.
Практическая значимость исследования заключается в том, что разработанная обобщенная модель КПУЗ, реализация его отдельных подсистем, портала в целом, применение предложенных модели, алгоритмов и программных средств способствует повышению уровня информатизации, качества, адаптивности и эффективности учебного процесса.
Использование КПУЗ в учебном процессе вуза приводит к увеличению степени усвоения учебного материала по сравнению с контрольными группами и сокращению времени обучения.
Разработанная модель, алгоритмы и созданный КПУЗ имеют универсальный характер. Они могут использоваться не только в образовательных организациях, но и в различных сферах деятельности человека, в том числе и на производстве.
Основные положения, выносимые на защиту
-
-
Одним из перспективных направлений информатизации обучения в вузе на современном этапе является использование технологий управления знаниями, которое способствует:
оптимизации учебного процесса, достижению обучаемыми профессиональной, информационной и социальной компетенций,
автоматизации процессов сбора информации, выявления и формализации новых знаний, опирающихся на весь накопленный и формализованный ранее потенциал знаний образовательной организации, на коллективный интеллект и интуицию задействованных в процессе обучения людей;
сокращению сроков освоения и повышению эффективности использования средств информатизации образования обучаемыми и преподавателями.
-
Информатизация обучения в вузе с использованием технологий управления знаниями может эффективно осуществляться на основе создания корпоративных порталов управления знаниями, процесс проектирования которого включает разработку: архитектуры портала, основанной на мультиагентных технологиях; методологии реализации и алгоритмов функционирования отдельных подсистем; методики проектирования и анализа логической структуры учебного материала как совокупности учебных объектов; модели представления учебных объектов на основе онтологического описания.
-
Предложенная технология создания и применения корпоративного портала управления знаниями позволяет соотнести сложность и объем учебной информации с возможностями обучаемого, автоматизировать адаптацию процесса обучения к индивидуальным возможностям студента на основе формализации отбора соответствующих учебных объектов и управляющих воздействий. Построение персонализированных программ обучения с использованием корпоративного портала управления знаниями основано на выделении двух типов сущностей: концептов (фрагментов знаний) и учебных объектов (любых доступных ресурсов, которые могут использоваться в учебных целях как самостоятельно, так и совместно с другими ресурсами). В построении индивидуальной программы обучения участвуют три типа агентов: агент обучаемого, агент – построитель программ обучения и поисковый агент.
-
Использование технологий управления знаниями при реализации электронных образовательных ресурсов позволяет осуществить переход от обучения, управляемого только компьютерной системой, к обучению, управляемому как компьютерной системой, так и обучаемым. Обучаемый становится активным партнером диалога с системой, способным не только отвечать на вопросы системы, но и задавать ей свои вопросы, на которые система либо отвечает сразу, либо за несколько итераций позволяет пользователю получить правильный ответ.
-
При организации обучения с использованием технологий управления знаниями используется подход, реализующий принципы адаптивного программируемого обучения; позволяющий осуществлять в Intranet/Internet, как оперативный доступ к учебно-методической информации (УМИ), так и интенсивное удаленное интерактивное, в том числе адаптивное, обучение. При этом обработка УМИ, хранение которой осуществляется в базе знаний КПУЗ в виде большого числа фрагментов, имеющих законченное логико-смысловое содержание, с одной стороны, и минимально возможный объем хранения, с другой, должна выполняться на основе объектной модели.
-
Педагогическая значимость использования систем управления знаниями в процессе обучения может быть оценена на основе педагогической целесообразности и педагогической эффективности их разработки и использования. В целом, педагогическая значимость гарантирует обеспечение (воспроизведение) пределов задаваемых качеств в формировании личности обучаемого. Установление (измерение) педагогической значимости должно быть основано на использовании в разработке систем управления знаниями на основе КПУЗ механизма поэтапного согласования результатов обучения и поставленных целей.
Обоснованность и достоверность результатов обеспечиваются опорой на фундаментальные исследования в области педагогики и психологии, применением системного подхода к анализу и моделированию педагогического процесса, разносторонним теоретическим анализом, обобщением и учетом имеющегося опыта информатизации образования, практической проверкой всех теоретических результатов, внутренней непротиворечивостью результатов исследования, их соответствием теоретическим положениям базисных наук; продолжительностью, воспроизводимостью результатов опытно-экспериментальной работы, соответствующей широкой апробацией в образовательном процессе вуза.
Этапы исследования. Все работы, проводимые в рамках описываемого исследования, можно разделить на три основных этапа.
На первом этапе (1999 - 2004) изучалась и анализировалась психологическая и педагогическая литература с целью определения методологических подходов к исследованию развивающих возможностей информационных технологий, осуществлялось изучение принципов построения и применения корпоративного портала управления знаниями. Изучался практический опыт информатизации учебного процесса в вузах.
На втором этапе (2004 - 2007) исследовались педагогические аспекты применения технологий управления знаниями для изменения формы и содержания преподавания определенных разделов отдельных курсов. Велась подготовка к опытно-экспериментальной работе: формировалась программа, создавались компоненты электронных учебных курсов (банки индивидуальных заданий, конспекты лекций, методические рекомендации и др.), анализировались психолого-педагогические особенности организации образовательного процесса с использованием портала знаний, возможные прямые и косвенные воздействия на личность обучаемого. Разрабатывались способы проверки знаний, творческие и исследовательские задания.
На третьем этапе (2007 - 2009) было уточнено понятие корпоративного портала управления знаниями, выработаны принципы его формирования. Осуществлена опытно – экспериментальная работа: исследованы особенности восприятия и использования студентами различных электронных учебно-методических материалов; изучены особенности представления электронных образовательных ресурсов в портале знаний вуза для реализации развивающего обучения. Проведено обобщение результатов исследования, сформулированы основные выводы и рекомендации по внедрению его результатов в педагогическую практику, завершено оформление работы.
Экспериментальной базой настоящего исследования явились кафедра программного обеспечения и администрирования информационных систем, кафедра методики преподавания информатики и информационных технологий, межрегиональный научно-методический центр высоких информационных технологий ГОУ ВПО «Курский государственный университет».
Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты диссертационного исследования внедрены в ГОУ ВПО «Курский государственный университет», ГОУ ВПО г. Москвы «Московский городской педагогический университет», а также в ряде других вузов.
Теоретические положения, материалы и результаты исследования докладывались и обсуждались на X Международной конференции «Применение новых технологий в образовании» (Троицк, 1999), IX Международной конференции «Информационные технологии в образовании» (Москва, 1999), Международной научно-практической конференции «Интернет в системе образования» (Курск, 2001), III Всероссийской научно-методической конференции «Развитие системы тестирования в России» (Москва, 2001), XIII Международной конференции «Информационные технологии в образовании» (Москва, 2003), II Всероссийском научно-методическом симпозиуме «Информатизация сельской школы» (Москва, 2004), I Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании» (Курск, 2006), II Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании» (Курск, 2008), научно-методических семинарах центра информационных технологий в образовании Института содержания и методов обучения РАО, Курского государственного университета, Курского государственного технического университета, Московского городского педагогического университета.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав с 21 таблицами и 41 иллюстраций, заключения, приложений и библиографического списка, состоящего из 331 названия. Общий объем работы составляет 519 страниц.
Информатизация обучения как средство повышения качества профессиональной подготовки будущих специалистов
Одной из важнейших подсистем системы информатизации образования специалистов в вузе является подсистема внедрения новых информационных технологий в учебный процесс.
По определению ЮНЕСКО, под понятием «технология образования» понимается в общем смысле: «системный метод создания, применения и определения всего процесса преподавания и усвоения знаний с учетом технических и человеческих ресурсов и их взаимодействия, ставящей своей задачей оптимизацию форм образования» [179].
В литературе несколько различаются понятия НИТ (новые информационные технологии) и НИТО (новые информационные технологии обучения). Принципиальным отличием является то, что в первом случае акцент ставится на чисто технической стороне обработки информации и ее передачи. Так, по мнению Т. Сергеевой, под НИТ понимается «совокупность внедряемых в систему образования принципиально новых методов и средств обработки данных, передачи, хранения и отображения информационного продукта с наименьшими затратами и в соответствии с закономерностями учебно-воспитательного процесса».[235]
Представляется важным выделить две стороны, раскрывающие сущность понятия новых информационных технологий обучения (НИТО). Явно прослеживаются как составные элементы различные взаимодействия и проявления информации, заложенной в ЭВТ. В частности, И.В. Роберт [219] подчеркивает в этом аспекте следующие возможности оперирования информацией: визуализация в виде модели, графиков, таблиц, диаграмм, изучаемых закономерностей, в том числе и реально протекающих процессов; управление отображением (информацией) на экране дисплея; регистрация, сбор, накопление и обработка информации об изучаемых явлениях; автоматизация процесса обработки результатов эксперимента с возможностью многократного его повторения; архивное хранение достаточно больших объемов информации с возможностью легкого доступа. Акцентирование внимания на информационных возможностях внедрения информационно-вычислительной техники без рассмотрения и существенного изменения традиционной модели обучения наряду с положительными может иметь и негативные последствия. В частности, это связано со значительной формализацией учебного процесса, уменьшением степени общения среди обучаемых. В этом случае значительно принижается роль преподавателя, которая сводится к регуляции взаимодействия пользователь-компьютер . Внедрение НИТО связано с усилением интерактивного обучения, то есть взаимодействия в среде пользователь-пользователь. В этом смысле важным является тезис Т. Сергеевой о том, что адекватной стороной проектирования новых информационных технологий обучения выступают принципы: деятельности и «выращивания», согласно которым, «выращивание» личности обучаемого происходит в условиях реализации личност-но-ориентируемой модели обучения, цель которой - содействовать развитию обучаемого как личности, формировать у будущего учителя потребности в самообразовании. Это согласуется с тенденцией [197] создания специальной обучающей среды, ориентирующей на осмысленное и самостоятельное использование компьютера. С. Пейперт формулирует свое представление о новых функциях образования специальных обучающих средств в виде особых предметных «микромиров». По отношению к школьному образованию он называет такие среды, как «страна математиков», «страна физиков», «мир письменного языка». Ряд авторов противопоставляют два вида обучения — рецептивное и интерактивное. Если интерактивное обучение связывается с взаимодействием обучаемых в особо организуемой среде в режиме диалога «человек -машина», то рецептивное обучение в значительной степени обеспечивает принятие готовой информации с помощью обучающих программ. При разработке общей концепции использования НИТО как средства внедрения методов активного обучения особо подчеркнем, что применительно к обучению НИТО основываются не только на использовании электронно-вычислительной техники, но и радио- и видеотехники. По нашему мнению, использование новых информационных технологий включает следующие составные компоненты: 1. Широкое обучение на основе применения средств микропроцессорной техники. 2. Интенсивное использование в учебном процессе технических средств обучения (ТСО), включая обучающие машины, видеосистемы, простые электронные игры и тренажеры. 3. Внедрение в учебный процесс ПЭВМ, микрокалькуляторов. Выделим основные функции использования НИТО в учебно-познавательной деятельности в процессе информатизации подготовки специалистов в вузе: Информационно-обучающая функция - в качестве средства представления знаний, приобретения новых научно-методических знаний, распространения передовых педагогических технологий, инструмента познания действительности и самопознания. Реализация этой функции осуществляется системой средств ЭВТ, видеосредств, ТСО, программированного обучения и др. К ним относятся справочный и другие учебные тексты, демонстрации слайд-фильмов, учебных видеофильмов, справочно-информационные системы. Формирующая функция, связанная с отработкой методических умений, моделированием и конструированием изучаемых объектов и явлений, проектированием процесса обучения и отдельных его элементов (содержания, формы обучения и т.д.). Эта функция реализуется на основе использования тренажеров, обучающих курсов, пакетов прикладных программ. Контрольно-корректировочная функция предполагает использование средств контроля знаний, экспертно-обучающих систем, диалоговое решение практических задач, использование средств по типу программированных заданий для организации обратной связи и т.д. Диагностическая функция связана с контролем за качеством. Пакеты тестов, заданий для учителей, экспертные системы, учебные игры и др. Исследовательская функция непосредственно связана с формированием творческих способностей учителя (имитационно-моделирующие системы, интеллектуально-обучающие системы, интегрированные пакеты прикладных программ, задания творческого характера). Эти творческие упражнения позволяют учащимся и учителям различных учебных предметов осваивать как элемент культуры компьютерную технологию (работа с электронным графопостроителем, редактором цвета, лингвистическим редактором и др.). Это, по сути дела, есть освоение особого метаязыка, на котором можно рассуждать о формах, их постоянном изменении, скоростях, процедурах и т.д.
Качество образования как основной фактор системы управления знаниями вуза
Качество образования должно определяться, исходя из Российской национальной образовательной доктрины. «Качество» как категория является одним из основных понятий управления различными социальными процессами, в том числе и образованием. Сегодня категория «качество» прочно вошла в область образования, как совокупность определенных свойств, характеризующих сущность объекта и отличие его от других [32, 61,231,2.32,251-255].
Категория «качество» в педагогической теории и практике активно применяется для анализа и интерпретации различных явлений педагогической действительности. Одним из направлений такого анализа является системное рассмотрение качества знаний обучаемых и путей его совершенствования.
Анализ работ [74], посвященных рассмотрению состава и качества знаний, свидетельствует о наличии системного подхода к их раскрытию. В работах И.Я. Лернера содержание образования рассматривается как система, в которую, помимо знаний, умений и навыков, включается совокупный опыт творческой деятельности и эмоционально-чувственного отношения к действительности. Благодаря наличию определенных связей между этими элементами сами знания меняются по своим содержательным характеристикам, т.е. приобретают всё новые свойства по мере того, как обучаемые усваивают другие элементы. Знания нельзя считать полноценными, если они не усвоены в отношениях с другими элементами конкретного знания и не получен опыт их применения в различных ситуациях.
Главной идеей современного развития теории и практики управления качеством образования является отказ от традиционного подхода, при котором управление образовательным процессом осуществляется по оценкам конечного результата. Современный подход ориентирован на создание системы управления качеством образования, предусматривающей регулирование процесса на основании оценки его состояния по специально выделенным критериям качества для всех компонентов самого процесса, а также факторов, оказывающих влияние на конечный результат.
Анализ подходов к определению «качество образования» позволяет выявить различные акценты в трактовке «качества образования», как в узком, так и широком смыслах (по Субетто А.И.) [250]. Особое место здесь занимает квалиметрический подход, активно развиваемый в работах Исследовательского центра проблем качества подготовки специалистов [231]. В узком смысле качество образования рассматривается как категория, характеризующая результат образовательного процесса, отражающего: уровень сформированности общетеоретических знаний, практических умений и навыков выпускников; уровень интеллектуального развития, нравственных качеств личности; особенности ценностных ориентации, определяющих мировоззрение; активность и ответственное творческое отношение к действительности, проявляющееся в деятельности. Качество образования в широком смысле предполагает подход к образованию как социально-педагогическому процессу и рассматривается как совокупность характеристик этого процесса: реализации его целей, современных технологий, а также условий, необходимых для достижения динамики положительных результатов.
Управление знаниями является одним из факторов, позволяющих обеспечить необходимую динамику положительных результатов обучения и их необходимое качество.
Из анализа характеристик и определений качества образования, существующих в педагогической теории и практике [251 - 255], можно сделать некоторые выводы, которые следует учитывать при разработке критериев и показателей качества образования, особенно для информационно-образовательной среды (ИОС) открытого образования [99]. В современном подходе к содержанию качества образования основным критерием выступает степень удовлетворения потребностей личности и общества.
Множественность запросов к получению образования представителями разных социальных, профессиональных групп, отдельных личностей порождает многообразие целей, а результаты образования могут быть оценены разными субъектами (обучаемыми, родителями, преподавателями и др.) по разным критериям, в разных измерениях, на разных уровнях. Это обстоятельство актуализирует изменение (улучшение) подходов к технологиям мониторинга качества образования и к его квалиметрическому обеспечению.
Для того чтобы управлять знаниями и обеспечить необходимое качество образования нужно описать процесс управления и определить понятия качества знаний, как совокупности критериев, описывающих их свойства и ввести понятие мер качества. Описание управления лучше всего проводить с помощью дерева целей. Как видно из рисунка 2.1 полный учет и описание всех процессов даже в декларативной форме не представляется возможным.
Управление знаниями и соответственно обеспечение необходимого качества образования может осуществляться на различных уровнях взаимодействия участников процесса, нижними или базовыми из которых являются: внутрипредметное (внутридисциплинарное) представление знаний и обучение; междисциплинарное представление знаний на основе прямых и обратных связей. Управление качеством может осуществляться на основе так называемого интегративно-дивергентного подхода к созданию междисциплинарных комплексов. Разработка данного метода была осуществлена в работе [280] В.В Щипановым., при активном участии А.И. Субетто. Суть интегративно-дивергентного подхода заключается в том, что эффективность управление качеством образования определяется уже на стадии проектирования мультидисциплинарных комплексов и включает качество проектирования, качество функционирования, качество управления и эргоно-мичность, для которых должны быть определены как дифференциальные, так и интегральные количественные показатели, и критерии их достижения.
Психо лого-педагогические аспекты использования портальной технологии в учебном процессе вуза
Использование портальной технологии в образовании должно основываться на учете психологических особенностей работы пользователей в сети в контексте образовательной деятельности с акцентом на эффективности представления знаний для их последующего освоения. В этом случае возникает потребность в использовании педагогических и дидактических принципов и методов для организации эффективного взаимодействия пользователя с информационным пространством портала (в случае, если пользователь учащийся).
Если проанализировать соответствующую психологическую и педагогическую литературу, то выясняется, что однозначного мнения по поводу того, что представляет собой процесс освоения знаний, не существует. На настоящее время из всех существующих теорий обучения можно выделить несколько наиболее распространенных. Эти теории одинаково могут быть применимы как к конкретному учащемуся, так и к абстрактному потребителю информационных ресурсов образовательного портала.
Бихевиористская теория обучения. В бихевиоризме не рассматриваются внутренние процессы человеческого мышления. Изучается поведение, которое трактуется как сумма реакций на какие-либо ситуации. Один из основоположников бихевиоризма Э. Л. Торндайк считал, что обучение человека должно строиться на базе чисто механических, а не сознательных принципов. Поэтому он пытался описать обучение человека с помощью простых правил, справедливых одновременно и для животных. Среди этих правил можно выделить два закона, послуживших платформой для дальнейшего развития теории обучения [229, 208].
Первый из них, названный законом тренировки, говорит о том, что чем чаще повторяется определенная реакция на ситуацию, тем прочнее связь между ними, а прекращение тренировки (повторения) приводит к ослаблению этой связи. Второй закон был назван законом эффекта: если связь между ситуацией и реакцией сопровождается состоянием удовлетворенности (удовольствия) индивида, то прочность этой связи возрастает и наоборот: прочность связи уменьшается, если результат действия приводит к состоянию неудовлетворенности. Опираясь на эти законы, последователь Торн-дайка Б. Ф. Скиннер разработал в начале 50-х годов весьма технологичную методику обучения, названную в дальнейшем линейным программированием. В основу своей методики Скиннер положил универсальную формулу где С- ситуация; Р- реакция; П - подкрепление.
Учебный материал Скиннер предлагал разбивать на мелкие дозы, каждая из которых должна содержать одну ситуацию. Ситуации должны быть настолько простыми (что почти автоматически обеспечивалось малостью доз учебного материала), чтобы реакции на них практически всегда были правильными. По мнению Скиннера, правильное выполнение учебного задания уже само по себе является положительным подкреплением и приводит учащегося в состояние удовлетворенности (рисунок 3.11).
В текстах программированных учебных пособий Скиннера содержались пропуски (ситуации) один пропуск на фразу из 2-3 строк. Пропущенные слова располагали на полях страницы. Учащийся, изучая такое пособие, сначала закрывал поля, читал текст, вставляя пропущенные слова, и сразу же проверял себя, открывая ответы. Тексты учебных пособий были написаны таким образом, чтобы в процессе их чтения обеспечивалось многократное повторение всех существенных элементов учебного материала. обучения
Применение программированных пособий Скиннера в профессионально-технических училищах США оказалось успешным: существенно сократилось время обучения, повысилась квалификация обучаемых рабочих. Однако здесь же обнаружились и недостатки методики линейного программирования: - нудность и механистичность программированных текстов; - отсутствие системности, целостности в восприятии учебного материала (большое количество мелких доз не способствует обобщениям); - правильность выполнения простых заданий является положительным подкреплением лишь на первых порах чтения пособия, в дальнейшем правильное выполнение простых ситуаций уже не приносит чувства удовлетворенности; - отсутствие адаптации (все ученики выполняют одну и ту же программу, идут по одной линии). Значительная часть этих недостатков была устранена в предложенной Н. А. Краудером схеме разветвленного программирования (рисунок 3.12). Краудер предложил увеличить дозу информации (И1, И2) с 2-3 строк у Скиннера до примерно половины страницы. Типовая ситуация (задание) у Краудера состояла из вопроса (В) и трех вариантов ответов: 01 правильный ответ, 02 неточный ответ, 03 неправильный ответ. При неточном ответе учащийся отправлялся к корректирующей информации (К), при неправильном ему давалось разъяснение, помощь (Р). При правильном ответе учащийся получал положительное подкрепление (П) и переходил к следующей дозе информации (И2). Таким образом, схема разветвленного программирования имела три пути: для сильных, средних и слабых учащихся. Среди достоинств программированного обучения следует отметить [208]: индивидуализацию обучения; сочетание индивидуальных и коллективных форм деятельности обучаемых; большую самостоятельность и активность обучаемых; наличие продуктивной обратной связи между руководителем занятия и обучаемыми. Однако следует иметь в виду, что программированное обучение эффективно лишь в том случае, когда изучаемый материал поддается формализации. Несмотря на острую критику за принципиальное невмешательство в мышление учащегося (бихевиористы управляют лишь его поведением), бихевиористская теория обучения получила широкое распространение и была реализована в ряде технических обучающих устройств. И в настоящее время универсальная схема этой теории (ситуация — реакция — подкрепление) в ее линейной или разветвленной форме является стержневым фрагментом многих компьютерных обучающих программ.
Разработка методов создания контента корпоративного портала управления знаниями на основе онтологии
Система Ontolingua была разработана в KSL (Knowledge Systems Laboratory) Стэндфордского университета и стала первым инструментом онтологии. Она состоит из сервера и языка представления знаний.
Сервер Ontolingua организован в виде набора онтологии, относящихся к Web-приложениям, которые надстраиваются над системой представления знаний Ontolingua. Редактор онтологии - наиболее важное приложение сервера Ontolingua является Web-приложением на основе форм HTML. Кроме редактора онтологии Сервер Ontolingua включает Webster (получение определений концептов), сервер ОКВС (доступ к онтологиям Ontolingua по протоколу ОКВС) и Chimaera (анализ, объединение, интегрирование онтологии). Все приложения, кроме сервера ОКВС, реализованы на основе форм HTML. Система представления знаний реализована на Lisp.
Сервер Ontolingua также предоставляет архив онтологии, включающий большое количество онтологии различных предметных областей, что позволяет создавать онтологии из уже существующих. Сервер поддерживает совместную разработку онтологии нескольким пользователям, для чего используются понятия пользователей и групп. Система включает графический браузер, позволяющий просмотреть иерархию концептов, включая экземпляры. Ontolingua обеспечивает использование принципа множественного наследования и богатый набор примитивов. Сохраненные на сервере онтологии могут быть преобразованы в различные форматы для использования другими приложениями, а также импортированы из ряда языков в язык Ontolingua.
Protege — локальная Java программа, разработанная группой медицинской информатики Стэндфордского университета. Программа предназначена для построения (создания, редактирования и просмотра) онтологии моделей предметной области. Её первоначальная цель — помочь разработчикам программного обеспечения в создании и поддержке явных моделей предметной области и включение этих моделей непосредственно в программный код. Protege включает редактор онтологии, позволяющий проектировать онтологии, разворачивая иерархическую структуру абстрактных или конкретных классов и слотов. Структура онтологии сделана аналогично иерархической структуре каталога. На основе сформированной онтологии, Protege может генерировать формы получения знаний для введения экземпляров классов и подклассов. Инструмент имеет графический интерфейс удобный для использования неопытными пользователями, снабжен справками и примерами.
Protege основан на фреймовой модели представления знания ОКБ С (Open Knowledge Base Connectivity) и снабжен рядом плагинов, что позволяет его адаптировать для редактирования моделей в разных форматах (стандартный текстовый, базы данных JDBC, UML, языков XML, XOL, SHOE, RDF и RDFS, DAML+OIL, OWL).
OntoEdit первоначально был разработан в институте AIFB, Университета Karlsruhe выполняет проверку, просмотр, кодирование и модификацию онтологии. В настоящее время OntoEdit поддерживает языки представления: FLogic, включая машину вывода, OIL, расширение RDFS и внутреннюю, основанную на XML, сериализацию модели онтологии используя OXML. К достоинствам инструмента можно отнести удобство использования; разработку онтологии под руководством методологии и с помощью процесса логического вывода; разработку аксиом; расширяемую структуру посредством плагинов, а также очень хорошую документацию.
Так же как и Protege, OntoEdit - автономное Java-приложение, которое можно локально установить на компьютере. Архитектура OntoEdit подобна Protege.
OilEd - автономный графический редактор онтологии, разработан в Манчестерском университете в рамках европейского 1ST проекта Оп-То-Knowledge. Инструмент основан на языке, который сочетает в себе фреймовую структуру и выразительность дескриптивной логики с сервисами рассуждения. Что позволило обеспечить понятный и интуитивный стиль интерфейса пользователя и преимущества поддержки рассуждения (обнаружение логически противоречивых классов и скрытых отношений подкласса). Из недостатков можно выделить отсутствие поддержки экземпляров.
WebOnto разработан для Tadzebao - инструмента исследования онтологии и предназначен для поддержки совместного просмотра, создания и редактирования онтологии. Его цели — простота использования, предоставление средств масштабирования для построения больших онтологии.
Для моделирования онтологии WebOnto использует язык OCML (Operational Conceptual Modeling Language). В WebOnto пользователь может создавать структуры, включая классы с множественным наследованием, что можно выполнять графически. Все слоты наследуются корректно. Инструмент проверяет вновь вводимые данные контролем целостности кода OCML.
Инструмент имеет ряд полезных особенностей: сохранение структурных диаграмм, раздельный просмотр отношений, классов, правил и т.д. Другие возможности включают совместную работу нескольких пользователей над онтологией, использование диаграмм, функций передачи и приёма и др.
OntoSaurus является Web-браузером для баз знаний LOOM, обеспечивая для них графический интерфейс. OntoSaurus также предоставляет ограниченные средства редактирования, но его основная функция - просмотр онтологии. Но для построения сложных онтологии нужно понимать язык LOOM. Большинство пользователей строят онтологию на языке LOOM в другом редакторе, а затем для просмотра и редактирования импортируют его в OntoSaurus. В OntoSaurus реализованы все возможности языка LOOM. Обеспечиваются автоматический контроль совместимости, дедуктивная поддержка рассуждения и некоторые другие функции.
Похожие диссертации на Построение информационной образовательной среды вуза на основе технологий управления знаниями
-
