Введение к работе
Актуальность исследования. Модернизация образования и внедрение новых государственных образовательных стандартов обусловливают становление самостоятельной работы студентов как ведущей формы организации учебного процесса. В связи с этим, становится особо важной проблема организации самостоятельной работы и ее методического обеспечения. В исследованиях, посвященных организации и формированию умений самостоятельной работы (А. Беляева, В. Сенашенко, Н. Жалнина, А.Е. Губарева, Т.Е. Исаева, И. Ковалевский, А.А. Вербицкий, П.И. Пидкасистый, А.Г. Казаков, Е.Л. Белкин, И.А. Зимняя, Л.Н. Хрипкова), рассмотрены обще-дидактические, психологические, организационно-деятельностные и методические аспекты этой проблемы. Особое значение в настоящее время приобретает решение проблемы организации самостоятельной работы студентов, обучающихся по заочной форме с применением дистанционных образовательных технологий. Привлечение к процессу обучения информационных и телекоммуникационных компьютерных технологий расширяет возможности самостоятельной работы, что было доказано в работах А.Е. Губаревой, И.Г. Захаровой, Е.В. Захаровой, В.Б. Моисеева, П.И. Образцова, О.Н. Прохоровой, И.В. Гиркина, Е.С. Полат, А.С. Границкой, И.Е. Торбан, Т.Д. Речкиной, А.В. Соловова. Накоплено значительное количество разработок в сфере средств компьютерной поддержки обучения в виде компьютерных учебных программ (КУП), которые охватывают все этапы процесса обучения, но, как показал анализ, большинство из них направлены только на выдачу учебного материала и проверку декларативных знаний, в них отсутствует функциональность, обеспечивающая индивидуальную поддержку формирования такого базового навыка, как решение задач, которые играют важную роль в изучении инженерных и естественнонаучных дисциплин. Поэтому возникла потребность в компьютерной поддержке самостоятельной работы студентов, в которой на компьютер ложится задача моделирования таких действий преподавателя, как оценивание, планирование, управление и контроль. Все это говорит о том, что в КУП должны присутствовать, помимо контроля знаний, интерактивная и интеллектуальная компоненты, т.е. она обязана обладать определенной базой знаний. Важным элементом таких КУП является генератор тестовых заданий. Проблемой разработки генераторов занимались А.И. Башмаков, Л.А. Ашкинази, М.П. Гришкина, А.Ю. Ионов, И.А. Копылов, Д.О. Жуков, М.Н. Кирсанов, М.А. Левинская, И.А. Посов, СВ. Титенко. Однако данные генераторы не направлены на закрепление знаний и поддержку обучения решению задач, так как обладают ограниченным функционалом и предметной областью, не используется единого подхода к построению генераторов тестовых заданий на основе базы знаний. В них отсутствуют алгоритмы планирования и управления действиями студента, позволяющие каждому студенту выбирать наиболее
подходящий для него путь и темп усвоения учебного материала, устанавливая требуемый уровень знаний. Следовательно, существует проблема получения таких КУП для организации самостоятельной работы, которые отвечали бы принципам индивидуализации, интеллектуализации и адаптивности.
Таким образом, остается актуальной задача разработки компьютерной поддержки самостоятельной работы студентов на основе генераторов тестовых заданий.
Цели и задачи. Целью данной работы является создание и исследование моделей, алгоритмов и инструментального комплекса для разработки компьютерной самостоятельной работы на основе генераторов тестовых заданий (КСР) для компьютерной поддержки самостоятельной работы студентов.
Основными задачами диссертационного исследования являются:
обзор и анализ КУП в области организации самостоятельной работы студентов;
разработка моделей КСР, позволяющих реализовать поддержку обучения решению задач на основе индивидуального подхода к каждому студенту;
разработка и исследование алгоритмов планирования и управления самостоятельной работой студентов;
создание технологии разработки КСР;
создание инструментального комплекса для разработки и эксплуатации КСР.
Методы исследования. Метод исследований заключается в системном подходе к разработке принципов, методов и моделей представления и обработки знаний, базирующихся на использовании шаблонов, теории построения генераторов, теории вероятности, комбинаторики, теории принятия решений, методов информационного поиска, математического моделирования, технологии объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна работы отражена в следующих результатах:
Впервые предложены фреймовые модели базы знаний КСР: тестовых заданий, эталонного ответа, подсказки, поддержки обучения решению задач.
Впервые решена задача планирования самостоятельной работы студентов на основе генетического алгоритма.
Предложен оригинальный инструментальный комплекс для разработки и эксплуатации КСР, обеспечивающей компьютерную поддержку самостоятельной работы студентов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Предложенные модели базы знаний КСР: фреймовая модель тестовых заданий, фреймовая модель эталонного ответа, фреймовая модель
подсказки, фреймовая модель поддержки обучения решению задач, обеспечивают построение тестовых заданий открытой и закрытой формы, эталонных ответов, подсказок и решений.
Алгоритм планирования самостоятельной работы студентов на основе генетического алгоритма позволяет определить набор тестовых заданий на самостоятельную работу для достижения студентом требуемого уровня знаний.
Алгоритм управления самостоятельной работой студентов позволяет изменять непосредственно в процессе прохождения содержание и форму представления учебно-методической информации на основе анализа деятельности студента, оценивать его реальный уровень знаний.
Инструментальный комплекс для разработки и эксплуатации КСР позволяет сократить рабочее время на создание тестовых заданий для проведения экзаменов, контрольных и самостоятельных работ.
Достоверность результатов работы. Достоверность результатов, полученных в ходе диссертационной работы, подтверждается теоретическими исследованиями моделей, алгоритмов и инструментального комплекса для разработки и эксплуатации КСР, экспериментальными данными при практическом использовании КСР как в дистанционных технологиях, так и для компьютерной поддержки очного обучения, а также выступлениями с докладами на региональных, всероссийских и международных научно-практических конференциях.
Внедрение. Основные результаты используются в дистанционной технологии обучения студентов Томского университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР). Пакет генераторов по дисциплине «Высшая математика» для проведения экзаменов зарегистрирован в отраслевом фонде алгоритмов и программ Министерства образования Российской Федерации (Свидетельство № 3536). Пакет генераторов тестовых заданий по курсу «Английский язык» (Свидетельство № 16631), пакет генераторов самостоятельных работ по дисциплине «Высшая математика» (Свидетельство № 16633) зарегистрированы в объединенном фонде электронных ресурсов «Наука и образование» (ОФЭРНиО).
Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертации были доложены на международных, всероссийских, региональных конференциях, в том числе: Всероссийской научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (г. Новокузнецк, 2003 г., 2005 г., 2007 г.); III Всероссийской научно-практической конференции-выставке «Единая образовательная информационная среда: проблемы и пути развития» (г. Омск, 2004 г.); III Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (г. Томск, 2005 г.); Всероссийской научно-методической конференции «Современное образование» (г. Томск, 2004 г., 2005 г., 2006 г., 2008 г., 2009 г., 2010 г., 2011 г.); XI Международной
конференции Украинской ассоциации дистанционного образования «Образование и виртуальность» (г. Ялта, 2007 г.); IX Международной научно-практической конференции-выставке «Единая образовательная информационная среда: направления и перспективы развития электронного и дистанционного обучения» (г. Новосибирск, 2010 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований было опубликовано 25 научных работ, в том числе 2 работы в изданиях, включенных в перечень рекомендованных ВАК для опубликования результатов диссертационных исследований.
Личный вклад. Основные результаты работы, модели, алгоритмы и инструментальный комплекс для разработки и эксплуатации КСР на основе генераторов тестовых заданий, практическая реализация пакета КСР по дисциплине «Высшая математика» получены лично автором.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 135 наименований. Объем работы составляет 138 страниц машинописного текста.
