Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ проблемы управления электронным обучением 21
1.1 Актуальность проблемы управления электронным обучением 21
1.2 Анализ существующих подходов к управлению электронным обучением 27
1.3 Анализ современных систем электронного обучения 40
1.4 Проблемы управления электронным обучением в образовательных учреждениях высшего профессионального образования 50
1.5 Основные аспекты функционирования систем электронного обучения 55
1.6 Современные стандарты и технологии в области электронного обучения 68
1.7 Формулировка цели и постановка задач исследования 72
Выводы по первой главе 75
Глава 2 Методология построения и модели системы электронного обучения 77
2.1 Методология построения системы электронного обучения 77
2.2 Требования к разработке моделей распределенных систем электронного обучения 86
2.3 Архитектура системы электронного обучения с комбинированным режимом работы 90
2.4 Функциональная модель системы электронного обучения 99
2.5 Модель блочно-модульной структуры системы электронного обучения 113
2.6 Модель структуры агрегативного учебного модуля системы электронного обучения 121
Выводы по второй главе 127
Глава 3 Метод создания агрегативных учебных модулей на основе адаптивного учебного контента 130
3.1 Типизация методов представления и организация хранения контента в системах электронного обучения 130
3.2 Подготовка учебно-методических комплексов и структуризация учебного контента в системе электронного обучения 139
3.3 Информационная модель учебного контента в системе электронного обучения 149
3.4 Хранение и применение методов объектов учебного контента 163
3.5 Организация адаптивной сборки учебного контента агрегативных учебных модулей 167
3.6 Создание автономных агрегатвных учебных модулей в системе электронного обучения 176
Выводы по третьей главе 183
Глава 4 Методы и алгоритмы адаптивного управления обучением на базе агрегативных учебных модулей 185
4.1 Обучение как процесс управления сложным объектом 185
4.2 Методы адаптации в обучающих системах 192
4.3 Модели и алгоритмы управления обучением 198
4.4 Взаимодействие пользователя с системой электронного обучения при сетевом и автономном режимах работы 214
4.5 Оценка результатов усвоения учебного материала в системе электронного обучения 221
4.6 Планирование работы преподавателей при подготовке учебного процесса 231
Выводы по четвертой главе 242
Глава 5 Специальное программное обеспечение системы управления электронным обучением и исследование эффективности его применения 245
5.1 Выбор программно-аппаратных средств и схема работы системы электронного обучения 245
5.2 Специальное программное обеспечение системы управления электронным обучением 251
5.3 Практическое и использование разработанной системы электронного обучения в учебном процессе 263
5.4 Программа эксперимента по исследованию эффективности системы электронного обучения 267
5.5 Результаты входного анкетирования студентов, обучаемых с использованием системы электронного обучения 273
5.6 Оценка эффективности разработанного подхода к адаптивному управлению электронным обучением 284
Выводы по пятой главе 307
Заключение 309
Литература
- Анализ современных систем электронного обучения
- Архитектура системы электронного обучения с комбинированным режимом работы
- Подготовка учебно-методических комплексов и структуризация учебного контента в системе электронного обучения
- Взаимодействие пользователя с системой электронного обучения при сетевом и автономном режимах работы
Введение к работе
Актуальность работы
Современные системы электронного обучения (СЭО), предназначенные для использования как в традиционном учебном процессе образовательного учреждения при проведения учебных занятий, так и при самостоятельной работе обучаемого, получили широкое распространение благодаря ряду своих принципиальных достоинств. К нам относятся, в первую очередь, возможности организации массового обучения с учетом индивидуальных характеристик обучаемых; предоставления обучаемым независимо от времени и места нахождения широкого спектра образовательных услуг; управления обучением по заданному сценарию; организации обучения как с использованием коммуникационных технологий, так и в автономном режиме, позволяющем снизить негативное слияние недостаточного уровня развития телекоммуникаций в системе образования; всестороннего формализованного контроля за процессом и результатами обучения; встраивания мультимедийного учебного контента, улучшающего восприятие обучаемым учебного материала; интерактивной работы обучаемых с учебным контентом, использования системы помощи и подсказок, взаимодействия обучаемых как между собой, а также с преподавателем, способствующих улучшению усвоения учебного материала и повышению качества обучения и др.
Получившие широкое распространение СЭО, используемые в образовательных учреждениях высшего профессионального образования и переподготовки специалистов, как то «eLearning Server 3000», «Прометей», «СТ Курс», «xDLS», «Гекадем», «Distance Learning Studio», «RED-CLASS» и др., обладают рядом недостатков, связанных с реализацией в них технологий управления электронным обучением:
а) учебные материалы готовятся, хранятся и предоставляются обучаемому
в виде, не позволяющем реализовать новые информационные технологии
управления адаптивным электронным обучением;
б) алгоритмы управления обучением строятся, как правило, по предопре
деленному разработчиками сценарию, которые сложно скорректировать при
изменении целей и задач обучения или программы учебного курса;
в) по результатам тестирования обучаемому предоставляются только ре
комендации о необходимости изучения тех или иных разделов учебного курса,
что приводит к непродуктивным затратам времени на поиск обучаемым не ус
военного им учебного материала;
г) обучение возможно либо на базе использования коммуникационных
технологий (сетевой режим обучения), либо в автономном режиме, при этом
отсутствует возможность работы с использованием комбинированной (сетевой
и автономной) технологии обучения (комбинированный режимы работы СЭО),
что сужает область их применения.
Общим недостатком перечисленных выше СЭО является то, что они не позволяют приблизить процесс обучения на базе использования СЭО по каче-
ству обучения (характеризующемуся уровнем усвоения изучаемого учебного материала) и времени, затрачиваемым на обучение к процессу обучения с преподавателем.
Проведенный анализ современного состояния научных и практических исследований, в области электронного обучения, в частности систем управления процессом обучения, выполненных в работах зарубежных и российских ученых, посвященных: дальнейшему развитию классических моделей и методов программированного обучения (Т.И. Ростунов, Н.Ф. Талызина, А.И. Берг, В.П. Беспалько, В.Д. Алексеев, и др); моделей и методов программированного обучения, использующих модель обучаемого (Е. Wenger, G. McCall, Е. Dillenbourg, J. Self, П.Л. Брусиловский, В.А. Первушин, Н.Н. Филатов, О.Л. Ахремчик, Н. Ю. Добровольская, Н.И. Юсупова и др.); созданию сетевых автоматизированных обучающих систем (К. Warendorf, С. Tan, S. Ritter, R. Sison, M. Shimura, С. Elliot, Y. Okazaki, A.M. Бершадский, И.Г. Кревский, М.И. Нежурина, В.М. Курейчик, Л.А. Зинченко, И.Х. Галлеев, Г.С. Курганская, А.В. Соловов, Н.Ф. Талызина, А.В. Хуторской и др.) позволил выявить имеющиеся недостатки. Разработанные в настоящее время модели и методы управления электронным обучением обладают общим существенным недостатком, не позволяющим создавать СЭО, в которых показатели эффективности обучения были бы приближены к обучению с преподавателем. Это связано с отсутствием методологии управления электронным обучением на базе использования в системе адаптивного учебного контента, вследствие недостаточной проработки подходов к структурированию, декомпозиции и установлению семантических связей обучающих и контролирующих дидактических единиц учебного материала, а также методов его обработки в СЭО, позволяющих реализовать комбинированный режим работы в процессе обучения.
Таким образом, актуальным является решение крупной научно-технической проблемы создания системы адаптивного управления электронным обучением, обеспечивающей повышение эффективности процесса обучения и приближение его по основным показателям к процессу обучения с преподавателем. Решение указанной проблемы направлено на разработку принципиально нового класса СЭО с комбинированным режимом работы, сочетающим в себе достоинства сетевого и автономного режимов обучения и позволяющего:
а) предоставлять обучаемому адаптивный учебный материал, генерируе
мый СЭО в процессе взаимодействия с обучаемым из дидактических единиц
учебного контента, хранимых в системе обучения, моделируя процесс обуче
ния с преподавателем и повышая его результативность;
б) управлять обучением на базе использования в учебном процессе сете
вых и автономных агрегативных учебных модулей, содержащих учебный кон
тент и программные процедуры его обработки, обеспечивая повышение функ
циональности СЭО;
в) осуществлять автоматизированную сборку необходимого обучаемому
учебного контента по результатам контроля усвоения им учебного материала
на основе тестирования в СЭО, сокращая непродуктивное время на самостоятельный поиск обучаемым учебного материала;
г) реализовать комбинированный режим работы СЭО, обеспечивающий управление обучением как при сетевом доступе обучаемого к информационно-обучающим ресурсам СЭО, так и при работе с автономными учебными модулями, снижая негативное влияние недостаточного уровня развития коммуникаций в системе образования.
Объект исследования - процесс автоматизированного обучения в образовательных учреждениях высшего профессионального образования.
Предмет исследования - модели, методы и алгоритмы управления процессом обучения с использованием системы электронного обучения.
Цель диссертационной работы
Целью настоящей диссертационной работы является разработка методологических и теоретических основ создания принципиально нового класса систем электронного обучения с комбинированным режимом работы, в основе которого лежит методология адаптивного управления обучением на базе агрегатив-ных учебных модулей, направленная на повышение эффективности процесса обучения.
Задачи исследования
Для достижения цели работы поставлены следующие задачи:
-
Разработать методологию построения принципиально нового класса адаптивных систем электронного обучения с комбинированным режимом работы для образовательных учреждений и организаций.
-
Разработать комплекс системных моделей адаптивных систем электронного обучения с комбинированным режимом работы, позволяющих предоставить доступ к обучающим ресурсам как в базовом образовательном учреждении, так и на его филиалах при различных режимах работы системы.
-
Разработать метод создания агрегативных учебных модулей на основе адаптивного учебного контента, формируемого из дидактических единиц, хранимых в системе электронного обучения.
-
Разработать методы и алгоритмы управления обучением на базе использования сетевых и автономных агрегативных учебных модулей.
-
Разработать специальное программное обеспечение системы управления электронным обучением, обеспечивающее ее эффективное функционирование как в базовом образовательном учреждении, так и на его филиалах при различных режимах работы системы.
-
Выполнить исследование эффективности системы электронного обучения, построенной на основе предложенных методов и алгоритмов на примере обучения студентов по техническим дисциплинам.
Методы исследования
Результаты исследований, выполненных в работе, базируются на использовании методов системного моделирования, теории принятия решений, адаптивного и ситуационного управления, теории информационных систем и обработки данных, теории конечных автоматов и марковских цепей, методов ис-
следования и построения систем хранения и обработки информации с удаленным доступом.
На защиту выносятся:
-
Методология построения принципиально нового класса адаптивных систем электронного обучения с комбинированным режимом работы, предназначенных для образовательных учреждений высшего профессионального образования и их использования при различных формах организации учебного процесса.
-
Комплекс системных моделей адаптивных систем электронного обучения с комбинированным режимом работы, позволяющих предоставить доступ к обучающим ресурсам как в базовом образовательном учреждении, так и на его филиалах при различных режимах работы системы.
-
Метод создания агрегативных учебных модулей на основе адаптивного учебного контента, формируемого из дидактических единиц, хранимых и обрабатываемых в системе электронного обучения с использованием объектного подхода.
-
Методы и алгоритмы адаптивного управления обучением на базе использования в учебном процессе сетевых и автономных агрегативных учебных модулей, содержащих учебный контент и программные процедуры его обработки, позволяющие предоставлять обучаемому адаптивный учебный контент по результатам контроля усвоения учебного материала на основе тестирования.
-
Специальное программное обеспечение системы управления электронным обучением, обеспечивающее ее эффективное функционирование как в образовательном учреждении, так и на его филиалах при различных режимах работы системы.
-
Результаты исследования эффективности системы электронного обучения, построенной на основе предложенных методов и алгоритмов на примере ее использования при обучении студентов по дисциплине «Информатика».
Научная новизна результатов
1. Новизна разработанной методологии обусловлена использованием в ней совокупности концептуальных принципов, методов и технических решений, позволяющих создать принципиально новый класс СЭО, отличительными чертами которого является:
интеграция СЭО в традиционный учебный процесс в качестве нового дидактического компонента;
использование агрегативного подхода к формированию учебных модулей;
комбинированный режим работы системы (сетевой и автономный);
открытая контентно-независимая блочно-модульная структура сетевой СЭО, инвариантная к внешней информационно-образовательной среде;
адаптивное управление обучением путем коррекции контента на основе контроля усвоения учебного материала.
-
Новизна комплекса системных моделей адаптивной системы электронного обучения с комбинированным режимом работы заключается в реализации в них концептуальных положений построения СЭО, позволяющих обеспечить автоматизированную подготовку в системе необходимого для проведения обучения учебного материала и его адаптацию к обучаемому как в базовом образовательном учреждении, так и на его филиалах при различных режимах работы системы (сетевом и автономном) и реализовать в СЭО технологии индивидуального и группового обучения.
-
Новизна метода создания агрегативных учебных модулей состоит в поэтапной компоновке многоуровневых структур адаптивного учебного контента, формируемых из минимальных дидактических единиц структурированного и декомпозированного учебного материала, хранимого в системе в виде формализованных объектов, содержащих набор данных, метаданных и методов их обработки и дополняемых в процессе сборки процедурами управления контентом.
-
Новизна методов и алгоритмов адаптивного управления обучением основана на использовании семантической связанности структур многоуровневых обучающих и контролирующих объектов учебного материала, позволяющей осуществлять коррекцию контента по результатам контроля усвоения учебного материала на основе тестирования или выполнения формализованных заданий.
-
Новизна специального программного обеспечения системы управления электронным обучением заключается в том, что оно реализовано на основе разработанных методов и алгоритмов, обеспечивающих эффективное функционирование программных блоков и модулей СЭО как в образовательном учреждении, так и на его филиалах при различных режимах работы системы и позволяет использовать все известные типы мультимедийного контента.
Практическая ценность
Разработанные модели и алгоритмы управления электронным обучением позволяют создавать новые высокоэффективные СЭО с комбинированным режимом работы, обеспечивающим сетевой и автономный доступом к учебно-методическим материалам учебных модулей. Предложенные механизмы функционирования агрегативных учебных модулей, в сочетании с процедурами интерактивного взаимодействие обучаемого с системой на базе технологий Intranet/Internet позволяют предоставить обучаемым весь комплекс образовательных услуг: обучение, контроль за усвоением учебного материала, взаимодействие с преподавателем и другими обучаемыми и т.д. Предложенные структурные решения системы электронного обучения предусматривают ее открытую архитектуру, позволяющую, создавать и интегрировать в нее новые программные модули, обеспечивающие организационную подготовку, проведение и анализ результатов учебного процесса.
Разработанный вариант программно-методического комплекса СЭО с комбинированным режимом работы, а также комплект автономных учебных модулей по дисциплинам «Информатика», «Технологии подготовки научной и тех-
нической документации» и др. могут быть использованы для организации электронного обучения и проведения занятий по основным и дополнительным (факультативным) дисциплинам, в том числе на базе технологий дистанционного обучения для различных категорий обучаемых: учащихся общеобразовательных учреждений, студентов и широкого круга специалистов, обучающихся по программам переподготовки и повышения квалификации.
Структура работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и приложений. Основная часть содержит 336 страниц и включает в себя 107 рисунков и 13 таблиц. Список литературы содержит 218 наименований. В приложениях приведены: примеры экранных форм программно-методического комплекса СЭО «Гефест»; таблицы результатов эксперимента по практическому использованию разработанной СЭО в учебном процессе.
Связь с плановыми исследованиями
Работа выполнена на кафедре информатики Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) в рамках: НИР по Межвузовской научно-технической программе «Создание системы открытого образования Российской федерации», тема «Разработка информационно-образовательной среды открытого общего среднего образования (на примере информатики)», номер государственной регистрации НИР: 14.35.07, код проекта по тематическому плану УГАТУ: 1.2.01; НИР (по договору ИФ-ИН-16-08-ХК) с ООО «ИжДрил-НордЭкс», тема «Разработка электронных обучающих и информационно-справочных модулей с интерактивным контентом и комплектом шаблонов технических документов»; НИР (по договору ИФ-ИН-14-08-ХГ) с АТП №1 ОАО «Востокнефтепроводстрой», тема «Разработка автономных электронных модулей с интерактивным информационно-справочным материалом и типовыми формами учетно-отчетных документов»; внутривузовской Программы поэтапного внедрения на кафедре информатики технологий автоматизированного сетевого и дистанционного обучения; инновационной образовательной программы подготовки кадров в области информационных технологий проектирования, производства и эксплуатации сложных технических объектов - разработка образовательного продукта «Учебная программа дисциплины дополнительного профессионального образования "Основы проектирования и эксплуатации виртуальных учебных центров"».
Апробация работы и публикации
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах, выставках, совещаниях: 6-ой Международной науч. метод, конф. «Новые информационные технологии в университетском образовании», Новосибирск, 1999; II Всероссийской науч. метод, конф. «Интернет и современное общество» (IMS'99), Санкт-Петербург, 1999; Второй международной конф. «Интернет. Общество. Личность - ИОЛ-2000. Новые информационно-педагогические технологии», Санкт-Петербург, 2000; V Международной электронной научной конф. «Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике», Воронеж, 2000; Me-
ждународной науч. метод, конф. «Новые информационные технологии в университетском образовании», Томск, 2000; 2-й Международной конф. «Компьютерные науки и информационные технологии», Уфа, 2000; Международной конф. «Интернет, Образование, Наука 2000. Новые информационные технологии в образовании и науке», Винница, 2000; 4-й Международной конф. «Компьютерные науки и информационные технологии», Патры, Греция, 2002; Международной конф. «Актуальные проблемы современной науки», Самара, 2002;
XIII Всероссийской науч. метод, конф. «Проблемы качества образования»,
Уфа-Москва, 2003; IV международной науч.-техн. конф. «Проблемы техники и
технологии телекоммуникаций», Уфа, 2003; XII Международной конф. «Ин
формационные технологии в образовании» (ИТО-2003), Москва, 2003; VI Все
российской объединенной конф. «Технологии информационного общества -
Интернет и современное общество» (IST/IMS-2003), Санкт-Петербург, 2003;
XIV Всероссийской науч. метод, конф. «Проблемы качества образования в сис
теме Болонских соглашений», Уфа-Москва, 2004; XV Международной конф.
«Применение новых информационных технологий в образовании», Троицк,
2004; Международной конф. «Компьютерные науки и информационные техно
логии», Будапешт, Венгрия, 2004; XIV Международной конф.-выставке «Ин
формационные технологии в образовании». (ИТО-2004), Москва, 2004; XV
Всероссийской науч. метод, конф. «Актуальные проблемы качества образова
ния и пути их решения в контексте европейских и мировых тенденций», Уфа-
Москва, 2005; II Международной научно-технической конф. «Информацион
ные технологии в науке, образовании и производстве (ИТНОП), Орел, 2006;
XIV Всероссийской науч. метод, конф. «Телематика 2007», Санкт-Петербург,
2007, VI Всероссийской научно-практической конф., Пенза, 2008; XV Всерос
сийской науч. метод, конф. «Телематика 2008», Санкт-Петербург, 2008, и др.
По теме диссертации опубликовано 68 работ, в том числе: 11 статей в журналах из перечня, утвержденного ВАК Министерства образования и науки РФ; одна монография в издательстве МАИ (г. Москва), подготовленная в рамках инновационной образовательной программы; 16 статей в научно-технических журналах; 21 материалов докладов в сборниках трудов Международных и Всероссийских конференций; отчет по НИР в рамках Межвузовской научно-технической программы «Создание системы открытого образования Российской федерации». Получено 3 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ в Роспатент и 14 свидетельств об отраслевой регистрации разработок в ОФАП Государственного координационного центра информационных технологий Министерства образования и науки РФ.
Основные результаты диссертационной работы прошли апробацию и внедрены:
- в общеобразовательных учреждениях и учреждениях начального, среднего и высшего профессионального образования Республики Башкортостан в учебный процесс изучения дисциплин «Информатика», «Информатика и ИКТ» и «Информационные технологии» в рамках основной образовательной программы и дополнительного обучения в форме автономных учебных модулей;
в Уфимском государственном авиационном техническом университете в виде программно-методического комплекса СЭО (система «Гефест»), который используется при проведении занятий со студентами на кафедре информатики, на филиалах УГАТУ и в системе повышения квалификации и переподготовки специалистов.
в ООО «ИжДрил-НордЭкс», тема «Разработка электронных обучающих и информационно-справочных модулей.
Анализ современных систем электронного обучения
Отличительной чертой современного этапа развития образовательной системы России является качественная модернизация всех основных ее компонентов в свете участия нашей страны в Болонском образовательном процессе [67]. Он предполагает уменьшение непосредственного контакта преподавателя с обучаемыми, разнообразие форм и видов обучения, вариативность траектории обучения, академическую мобильности, повышение качества образовательных услуг и т.д. В соответствии с Федеральной целевой программой развития образования на 2006-2010 годы [169] в настоящее время в России разрабатываются новые образовательные стандарты третьего поколения — федеральные государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования (ФГОС ВПО). Они предусматривают двухуровневую систему высшего профессионального образования, ориентацию на компетенции специалистов как результат обучения, повышение требований к обеспечению качества высшего образования. Разрабатываемые ФГОС ВПО отражает мировые тенденции развития высшего образования, установленные Европейским стандартом качества высшего образования ESG (European Standards and Guidelines for Quality Assurance of Higher Education) [211], принятым Европейской ассоциацией гарантии качества в высшем образовании ENQA (the European Association for Quality Assurance in Higher Education). Внедрение в нашей стране новых ФГОС ВПО предполагает качественное изменение организации обучения во всех его видах и формах в том числе, включая широкое применение систем электронного обучения.
Решение проблемы эффективного управления электронным обучением является одним из актуальных направлений дальнейшего развития современных образовательных технологий. Термин «электронное обучение» (Electronic Learning или сокращенное E-learning), используемый в работе, удачно интегрирует в себе ряд понятий в сфере современных образовательных технологий, основанных на широком использовании информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) и новых информационных технологий обучения (НИТО). Под НИТО согласно [109] понимается дидактический процесс с применением целостного ком-плекса компьютерных и других средств обработки информации, позволяющий на системной основе организовать оптимальное взаимодействие между преподавателем и обучающимися с целью достижения гарантированного педагогического результата. Термин «электронное обучение» постепенно вытесняет широко употребляемый в России термин «Дистанционное обучение» (ДО), отражающий в основном технологию доступа к образовательным ресурсам - обучение на расстоянии. Термин «Электронное обучение» также наиболее адекватно отражает тенденцию широкого и всестороннего использования современных образовательных технологий в очной, вечерней и заочной формах организации учебного процесса, всестороннюю интергацию технологий автоматизированого (компьютерного) обучения с традиционными формами обучения. В дальнейшем под электронным обучением (ЭО) будем понимать личностио-ориентированное (индивидуализированное) обучение, реализованное на базе всестороннего применения мульти- и гипермедиа, удаленного доступа к распределенным образовательным ресурсам на основе web-технологий, с автоматизированным контролем и анализом результатов обучения и широким использованием разнообразных сетевых средств взаимодействия обучаемых между собой и с преподавателем. Будем также различать собственно системы электронного обучения (СЭО) и образовательные среды, в которых функционирует СЭО. Основным назначением СЭО является предоставление образовательных услуг конкретному пользователю данной системы. Системы электронного обучения представляют собой комплекс территориально распределенных программно-технических и учебно 23 методических средств, обеспечивающих активную учебную деятельность: подготовку учебного процесса, и прежде всего учебно-методических материалов, обучение конкретным знаниям, контроль за результатами обучения, всестороннюю помощь, организацию диалогов, обмен учебно-методической информацией и др. на базе использования информационных и коммуникационных технологий. Под образовательной средой понимается совокупность внешних условий, обеспечивающих ведение учебного процесса в образовательном учреждении и на его филиалах, его информационную поддержку и документирование на основе использования системы электронного обучения.
Разработка и внедрение нового класса СЭО с сетевым и автономным (комбинированным) доступом к обучающим ресурсам в образовательных учреждениях, имеющих широкую географию и реализующих образовательные программы различного уровня, позволит во многом устранить существенное различие в социально-экономическом развитии регионов России. Оно выражается, в частности, в слабо развитой инфраструктуре коммуникаций в системе образования, обеспечивающей поддержку технологий электронного (дистанционного) обучения; неоднородности используемых аппаратно-программных средств поддержки электронного обучения; нехватке высококвалифицированных педагогических кадров (особенно в отдаленных и сельских районах); нехватке учебно-методических материалов; неодинаковым уровнем начальной подготовки и различных личностных характеристиках обучаемых; большом разнообразии сроков, технологий и форм обучения (дистанционное, очное, заочное, очно-заочное, индивидуальное, групповое и т. д.).
Архитектура системы электронного обучения с комбинированным режимом работы
Расширяемость. Система должна иметь открытую архитектуру и допускать возможность включения в нее новых функциональных блоков и модулей, расширяющих ее технологические возможности.
Универсальность программного обеспечения. Для работы пользователей системы должно использоваться стандартное программное обеспечение, повсеместно применяемое для работы в Internet. Универсальность системы. Система должна быть многофункциональной и универсальной в применении, независимо от предметной области, в которой ведется обучение с ее использованием. Унификация интерфейса, подразумевающая единый для всех возможных случаев пользовательский интерфейс, единую систему навигации для блоков УМИ и т.д. Эффективность администрирования. Администратор системы должен иметь возможность всестороннего управления ресурсами и работой пользователей системы. Эффективность контроля над ходом учебного процесса. Система должна содержать средства, позволяющие осуществлять полный контроль процесса обучения: анализировать траекторию обучения; использовать современные средства тестирования знаний обучаемых, выполнять построение разнообразных отчетов о результатах обучения. В системе должны быть средства для самоконтроля обучаемых.
Эффективность работы. Архитектура системы должна подразумевать эффективную ее реализацию на типичной аппаратно-программной платформе.
Эффективные средства планирования учебного процесса. Система должна позволять осуществлять: формирование групп обучаемых, индивидуальных программ обучения, графиков учебного процесса и т.д. Целостность, подразумевающая жесткий программный контроль за размещением, регистрацией и особенно удалением информационных фрагментов УМИ, включаемых в некоторое количество разных блоков учебно-методических материалов.
При разработке специального программного обеспечения системы управления электронным обучением, рассмотренного в пятой главе (СЭО «Гефест» [89, 148] и «Ganimed» [83, 84, 135]) в максимально возможной мере учитывались перечисленные выше требования, поскольку именно они позволяют существенно повысить эффективность СЭО как на этапе подготовки учебно-методического материала, так и на этапе управления обучением и анализа результатов работы системы в целом.
Как было показано в главе 1, в настоящее время в систиеме образования используются различные СЭО и образовательные ресурсоы, в которых реализованы те или иные технологии электронного обучения. Выполним их классификацию с целью выявления существующих достоинств и недостатков для разработки новой перспективной архитектуры СЭО [150].
Архитектура централизованной системы дистанционного обучения, функционирующей в режиме отложенного доступа (off-line) представлена на рисунке 2.3. Здесь и далее на рисунках 2.4 и 2.5 жирным шрифтом выделены названия элементов, которые обязательно присутствуют в данной архитектуре системы. Элементы, названия которых приведены обычным шрифтом, могут присутствовать в данной архитектуре системы, но их наличие не является обязательным.
Информационный обмен обучаемых с преподавателями (тьюторами) в данной архитектуре системы осуществляется в основном через Internet посредством электронной почты (e-mail). Электронная почта используется для отправки обучаемым заданий, файлов с учебно-методическими материалами, получения от них выполненных заданий, ответа на вопросы обучаемых (проведения консультаций). Наряду с электронной почтой в таких системах могут использоваться средства доставки учебных материалов по протоколу доставки файлов FTP (File Transfer Protocol). Для обучаемых при необходимости могут быть изготовлены компакт-диски с учебно-методическими материалами, которые доставляются с использованием обычной почты, или выдаются им в Центре обучения. Использование компакт-дисков целесообразно в том случае, если объемы УМИ, представленной в электронном виде достаточно велики (десятки или сотни мегабайт), а каналы связи по Internet обучаемых с Центром обучения имеют невысокую пропускную способность, например при связи по коммутируемым линиям. Такая архитектура сетевой информационно-обучающей системы фактически реализует традиционную технологию заочного обучения со всеми ее недостатками, за тем исключением того, что скорость доставки скорость доставки учебно-методических материалов несравненно выше, а в обучении используются электронные учебно-методические материалы, которые могут оперативно обновляться. Для практической реализации данной архитектуры в общем случае в Центре обучения должен быть создан почтовый сервер (e-mail сервер). В простейшем случае при небольших объемах переписки и отсутствия необходимости в ведении базы обучаемых и жесткого контроля над учебным процессом могут быть использованы бесплатные почтовые сервисы, предоставляемые большим числом Internet-серверов.
Преимущества: организация оперативного информационного обмена с обучаемыми с использованием технологий Internet, простота реализации.
Недостатки: невозможность организации сетевого автоматизированного обучения в режиме реального времени.
Архитектура централизованной системы автоматизированного сетевого и дистанционного обучения, функционирующей в режиме прямого доступа (on-line) к информационным ресурсам статического web-сайта. Это наиболее распространенная в настоящее время архитектура сетевых информационно-обучающих систем дистанционного обучения, реализованных в настоящее время в Internet (рисунок 2.4).
Учебно-методические материалы, в основном электронные учебники, справочники и тестовые задания для самоконтроля, представляются в таких системах в виде готовых web-страниц. Информационный обмен автоматизированной с обучаемыми осуществляется через Intranet/Internet с использованием протокола доставки гипертекстовых документов HTTP (HyperText Transport Protocol). УМИ хранится на сервере в деревьях каталогов образовательного сайта в виде гипертекстовых документов.
Подготовка учебно-методических комплексов и структуризация учебного контента в системе электронного обучения
Данные динамической модели, сформированной путем «клонирования» данных статической модели в начале сеанса работы пользователя, изменяются в ходе его взаимодействия с СЭО в пределах всего сеанса работы. При за 171 вершении сеанса работы данные динамической модели обрабатываются и затем сохраняются в своих аналогах, то есть в данных статической модели, и затем уничтожаются.
Данные динамической модели изменяются в процессе работы. Например, она может содержать данные о свойствах программного и аппаратного обеспечения, используемых пользователем. Так, проверка скорости соединения пользователя с Internet при подключении к серверу СЭО позволит установить такие параметры его модели, которые обеспечат оптимальный доступ к ресурсам системы с точки зрения загрузки контента, как с учетом скорости соединения, так и с учетом информативности его содержания. Используя динамическую модель, СЭО будет автоматически настраивать параметры функционирования, преодолевая негативное влияние неоднородной образовательной среды, и оптимальным образом подстраиваться к работе пользователя в зависимости от его действий.
Использование предложенной модели обучаемого позволит сделать систему универсальной с точки зрения формирования данных и представления отчетности. Это заключается в следующем. С одной стороны, используя блок управления обучением СЭО можно формировать данные, которые интересуют нас как администраторов СЭО, преподавателей, сотрудников деканата, студентов о ходе учебного процесса. С другой стороны, из структуры данных модели пользователя можно выбирать только те данные, которые согласуются со спецификацией LIPS стандарта IMS, т.е. стандартизированные данные, представляемые в формате XML. Они будут доступны для чтения и анализа тем, кто использует в СЭО программные средства для обработки данных спецификации LIPS.
В модели обучаемого в СЭО, реализующей личностно-ори вотированное обучение, должны храниться данные и траектории обучения, и истории обучения. Траектория обучения предполагает слежение за действиями пользователя во время очередного сеанса работы в системе электронного обучения. Благодаря этому можно установить, когда и к каким УММ, вспомогательным материалам и справочникам обращался пользователь во время выполнения различного вида работ или в ходе ответов на вопросы тестовых заданий. Это позволит отследить наиболее трудные для усвоения учебные материалы для конкретного пользователя, что даст возможность формировать учебные курсы, адаптированные на лучшее усвоение и понимание учебных материалов. История обучения предполагает хранение различного рода информации, связанной с успеваемостью обучаемого. Под этим понимается хранение таких данных, как сроки сдачи и оценки различного вида заданий, работ и результаты тестов.
Описанная модель позволяет организовать в СЭО эффективное управление работой пользователей.
В нашем случае основная модель обучаемого /2=(СУІ, о2, с?з, a,i, o"s, а6, а7, о"к)т включает параметры восьми категорий, представленные векторами: o"i - общие сведения об обучаемом; ст2- сведения о правах доступа к ресурсам системы, с которыми может взаимодействовать обучаемый; аз- сведения о целях, задачах, стратегии, содержании и ожидаемых результатах обучения; G.f- сведения о предыстории (траектории) обучения в системе; as - сведения о результатах традиционного обучения; Св- сведения о достигнутых результатах обучения в системе; а7 - сведения о личных характеристиках и предпочтениях обучаемого; а8 - методы обработки информации, доступные обучаемому; о"9— характеристики аппаратно-программной среды обучаемого.
Динамическая модель обучаемого порождается в каждом сеансе обучения. Она также представляется в виде совокупности векторов и отражает текущие параметры обучаемого (состояния) при взаимодействии с системой. К ним относятся: время изучения учебного материала; степень правильности выполнения заданий и ответов на вопросы; результаты принятия ситуационных решений; число обращений к подсистеме помощи и характер помощи; обращения к глоссариям; запросы на поиск информации в БД УМИ; переходы по фрагментам учебного материала от одного учебного объекта к другому (траектория движения по графу обобщенной модели обучения); инициализация диалога с преподавателем или другими обучаемыми; степень детализации представления УММ в каждом из объектов учебного модуля. По завершении сеанса работы интегральные показатели временной модели переносятся в основную модель, а временная модель уничтожается.
Взаимодействие пользователя с системой электронного обучения при сетевом и автономном режимах работы
Планирование работ преподавателей является одной из ответственных, сложных, трудоемких и плохо формализуемых задач, решаемых на этапе подготовки учебного процесса на кафедрах вуза. При планировании работ преподавателей необходимо обеспечить высокий качественный уровень работ в целях достижения наилучших показателей по всем видам деятельности: учебной, учебно-методической, научно-исследовательской и воспитательной.
Добиться наилучших показателей по всем видам работ можно благодаря: 1) перераспределению видов работ между преподавателями на этапе планирования работ; 2) высвобождению времени за счет формирования компактной учебной нагрузки с заданными показателями по структуре и объему работ.
Первый подход к решению задачи позволит предоставить преподавателям больше времени па выполнение тех видов работ, которые будут наиболее эффективными и результативными, при этом в рамках общего объема часов, возможно снижение объема одного вида работы и увеличение объемов по другим видам работ.
Второй подход к решению задачи позволит сократить время, отводимое на учебно-методическую работу, связанную с учебной работой за счет исключения повторных подготовок к учебным занятиям, проводимым как с использованием традиционных, так и электронных технологий обучения, составления экзаменационных билетов и тестовых заданий для системы электронного контроля усвоения учебного материала, вариантов контрольных работ и т.д., и предоставить это время преподавателям на выполнение других видов работ. Под компактной учебной нагрузкой понимается нагрузка, закрепляемая за преподавателем и имеющая одинаковый объем часов и содержание в учебной программе по дисциплине.
Сложность и трудоемкость решения задачи планирования работ преподавателей кафедры вуза особенно велика: - при значительных объемах учебной работы по одной или нескольким дисциплинам, читаемым студентам в больших потоках; - при чтении одной и той же дисциплины для студентов на разных факультетах, представительствах и филиалах вуза; - при многообразии форм обучения: очное, заочное, очно-заочное с технологиями электронного и в том числе дистанционного обучения; - динамично меняющейся нагрузке и контингенте студентов, особенно на младших курсах, а также при проведение занятий на курсах переподготовки и повышении квалификации специалистов различного уровня. Известные подходы к планированию работ не позволяют на основе формализованного подхода решить задачу распределения работ преподавателей по ряду причин, среди которых следует отметить: - отсутствие адекватной математической модели, позволяющей распределить все виды работ (учебную, учебно-методическую, научно-исследовательскую, воспитательную) и установить при этом заданные для преподавателей объемы по видам учебных работ; - отсутствие методов формальной оценки качества распределения всех видов работ между преподавателями, позволяющих производить сравнительный анализ полученного распределения работ; - отсутствие методов формальной оценки для сравнения различных вариантов полученного распределения работ и выбора наиболее предпочтительного варианта.
Одним из решений указанных выше проблем является разработка информационной системы поддержки принятия решений, которая в условиях плохой формализуемости, неопределенности, многокритериальности позволит лицу, принимающему решение (далее ЛПР), как на этапе планирования работ, так и ее корректировки в течение учебного года: поэтапно анализировать проблему и распределять виды работ, выбирая предпочтения и устанавливая ограничения в процессе работы с системой в соответствии со спецификой кафедры; выполнять оценку выполненного распределения на различных этапах решения задачи планирования работ на основе критерия оценки качества; сравнивать варианты распределения на основе интегрального критерия и принимать решения по выбору наилучшего с его точки зрения варианта распределения работ [144].
Предлагаемый метод планирования работ преподавателей, положенный в основу математической модели [144], позволяет устанавливать заданные объемы работ при определенной структуре работ и формировать компактную учебную нагрузку. На рисунке 4.23 показано, как может быть установлен индивидуальный объем работ конкретного преподавателя в соответствии с предлагаемым методом планирования работ преподавателей.
Цифрами на рисунке обозначены различные виды учебной работы, проводимой с использованием как традиционных, так и электронных технологий обучения: лекционная нагрузка (1), нагрузка по практическим и семинарским занятиям (2), нагрузка по лабораторным работам (3), нагрузка по расчетно-графическим и курсовым работам и проектам (4), другие виды учебной нагрузки (зачеты, экзамены и др.) (5), а также учебно-методическая работа, связанная с учебной работой (6), другая часть учебно-методической работы (7), научно-исследовательская работа (8) и воспитательная работа (9).
Процесс планирования работ, реализуемый на основе предлагаемого метода планирования работ преподавателей, является итерационным. На каждом его шаге осуществляется распределения учебной и связанной с ней учебно-методической работы и персонализированной работы для преподавателей. При этом, если общий объем работ превысит нормативный для преподавателя, то необходимо выполнить перераспределение работ, снизив объем учебной и связанной с ней учебно-методической работы и назначив этот объем работ другим, преподавателям, у которых имеется свободный остаток часов.
Объемы каждого вида учебной работы могут быть определены либо по среднему расчетному значению по кафедре в целом или назначены с заданным отклонением от среднего значения (в процентах или по абсолютному значению объема работ). Средние показатели должны быть рассчитаны как для должностей преподавателей (профессор, доцент и т.д.), так и для всех видов учебной работы (лекции, практические и семинарские занятия, лабораторные работы и т.д.). Все это позволит назначить, при необходимости, отдельным преподавателям кафедры, отличающиеся от среднего значения, объемы работ.
