Введение к работе
Аюуальностъ темы. Процессы глобализации информационного пространства, внедрение современных образовательных технологий изменяют подходы к решению традиционных вопросов образования. В последнее десятилетие остро строит проблема создания единого образовательного пространства. Единое образовательное пространство - это единые электронные образовательные ресурсы, совместимые обучающие платформы, системы, общие технологии обучения и управления процессом обучения, позволяющие выполнять стыковку с мировым образовательным процессом, осуществлять обмен электронными ресурсами.
В настоящее время обилие программного обеспечения для реализации электронного обучения не решает сформулированную проблему. Общим недостатком таких систем является их узкая направленность на решение отдельных задач процесса обучения и разрозненные структуры информационных ресурсов. С другой стороны существует гибкое программное обеспечение, которое позволяет управлять процессом обучения, но яшіяется сложным для пользователя и поэтому менее востребовано. Это вызвано отсутствием моделей обучающих систем, гибких алгоритмов обучения, интерактивных моделей, методов качественного оценивания знаний и выявления компетенций, алгоритмов поддержки принятия решений, позволяющих управлять объектом обучения. В связи с этим, возникает необходимость в разработке полнофункциональной модели обучающей системы, модели управления объектом обучения, процессом оценивания знаний, алгоритмов поддержки принятия решений при оценивании знаний и выявлении компетенций, алгоритмов подготовки качественного тестового материала для достоверного оценивания знаний и выявления компетенций с использованием современных информационных технологий.
Необходимость решения этих вопросов определили актуальность темы диссертационной работы, предопределили ее цель и задачи.
Проведенный анализ исследований в области обучающих систем в работах зарубежных и российских ученых, посвященных: развитию моделей программированного обучения (Н. Ф. Талызина, В. П. Беспалько, Е. С. Полат, В. Skinnery и др.), созданию моделей обучаемого в обучающих системах (Г. А. Атанов, И. X. Галлеев, Н. Ю. Добровольская, Л. В. Зайцева, Г. С. Курганская, М. Б. Челышкова, J. Self и др.), созданию мультимедийных и интерактивных обучающих систем (Н. Г.Семенова, Т. Т. Сидельникова, Д. А. Темников), моделей процесса оценивания знаний и выявления компетенций (В. С. Аванесов, А. Бирнбаум, Н. Б. Кунтурова, Г. Раш, Т. Н. Тягунова, Д. И. Попов и др.), созданию моделей управления в обучающих системах (В. Б. Кудрявцев, К. Vaschik), адаптивных моделей обучения (П. Л. Брусиловский, В. И. Глова, Л. А. Растригин, P. De Bra, A. Kobsa, G. Клар, G. Weber и др.), созданию распределенных автоматизированных обучающих систем (А. И. и И. А. Башмаковы, А. В. Соловов, R. Sison, С. Tan и др.), оценке качества электронного обучения и совершенствованию процесса управления учебным процессом (М. Б. Гузаиров, Л. А. Громова, и др.) позволил выявить имеющиеся недостатки.
Объектом исследования являются процессы обучения и оценивания знаний на основе тестовых технологий в информационных обучающих системах.
Предметом исследования являются методы поддержки принятия решений при управлении объектом обучения с использованием информационных обучающих систем.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является повышение качества оценивания знаний объекта обучения на основе разработанных моделей, метода, алгоритмов поддержки принятия решений при оценивании знаний и управлении в интерактивной обучающей системе.
В соответствии с поставленной целью в работе определены следующие задачи.
-
Выполнить анализ существующих подходов к управлению объектом обучения с использованием обучающих систем, моделей, средств их создания, по результатам которого выявить проблемы и недостатки существующих обучающих систем, разработать структурную схему управления объектом обучения.
-
Разработать комплекс моделей интегрированной интерактивной обучающей системы (ИИнОС), включающий теоретико-множественную и функциональную модели системы, модель подсистемы оценивания знания, позволяющий автоматизировать процесс разработки обучающих систем, разработать модель формирования управляющих воздействий на объект обучения для обеспечения поддержки принятия решений при управлении процессом оценивания знаний.
-
Разработать метод оценивания знаний и выявления компетенций объекта обучения с использованием расширенной шкалы градаций ответа на тестовое задание.
-
Разработать алгоритмы поддержки принятия решений о корректности тестового материала, на основе структурно-синтаксического анализа тестового задания, о назначении весовых коэффициентов сложности содержания тестового задания (ТЗ), при управлении процессом тестирования, обеспечивающие повышение качества тестового материала и качества процесса оценивания знаний.
-
Разработать программное обеспечение оценивания тестовых заданий, позволяющее получать их количественную и качественную оценку. Оценить эффективность предложенной модели интерактивной подсистемы оценивания знаний, в частности метода оценивания и алгоритмов поддержки принятия решений.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертационной работе использовались: методы системного анализа, управления, обработки информации, принятия решений, теории вероятностей и математической статистики, теорий множеств, алгоритмов, автоматов, распознавания образов, кластерного анализа.
На защиту выносятся:
-
структурная схема управления объектом обучения;
-
комплекс моделей интегрированной интерактивной обучающей системы;
-
метод оценивания знаний и выявления компетенций «Штрафов и поощрений»;
-
алгоритмы поддержки принятия решений о корректности тестового материала, назначении веса тестового задания;
-
программное обеспечение оценивания тестовых заданий, результаты экспериментальных исследований по эффективности предложенной модели интерактивной подсистемы оценивания знаний.
Научная новизна работы заключается в следующем.
1. Предложена структурная схема управления объектом обучения, отличительной особенностью которой является интерактивность и гибкость процесса обучения и оценивания знаний, позволяющая адаптировать учебный процесс под внешние воздействия, в частности ФГОС, имеющиеся в вузе среды электронного обучения, индивидуальные характеристики объекта обучения.
-
Разработана теоретико-множественная модель интегрированной интерактивной обучающей системы, отличительной чертой которой является параметрический анализ существующих подсистем обучающих сред, в частности системы BlackBoard, которая позволяет формировать требования к ИИнОС, автоматизировать процесс разработки обучающих систем. Предложена конечно-автоматная модель в виде асинхронного автомата Мили для формирования управляющих воздействий на объект обучения по результатам оценивания знаний, позволяющая повысить качество полученных знаний.
-
Предложен метод оценивания знаний и выявления компетенций (метод «Штрафов и поощрений»), отличительной чертой которого является расширенная шкала градаций ответа на тестовые задания, позволяющая повысить достоверность оценки знаний, выявить компетенции, индивидуализировать управляющие воздействия на объект обучения.
-
Разработаны алгоритмы поддержки принятия решений о корректности тестового материала, назначении веса тестового задания, отличительной особенностью которых является структурно-синтаксический анализ тестового материала на соответствие предложенным критериям, анализ используемых форм тестовых заданий, определение количественных и качественных характеристик тестовых заданий на основе метода парных сравнений и метода анализа иерархий, позволяющие повысить качество тестового материала, достоверность оценки знаний и уровня компетентности объекта обучения.
5. Предложено программное обеспечение оценивания тестовых заданий, но
визна которого обусловлена реализацией предложенных моделей ИИнОС и алгорит
мов поддержки принятия решений, что позволяет анализировать качество тестового
материала и обеспечивать поддержку принятия решений в интерактивном режиме.
Практическая значимость и внедрение результатов работы. Практическую ценность имеют:
-
теоретико-множественная модель ИИнОС, позволяющая за счет существующих компонентов упростить процедуру проектирования обучающих систем, создавать высокоэффективные обучающие ресурсы;
-
конечно-автоматная модель формирования управляющих воздействий реализующая интерактивное управление объектом обучения, обеспечивающая процесс обучения активной обратной связью;
-
метод «Штрафов и поощрений» для оценивания знаний и выявления компетенций, позволяющий за счет расширенной шкалы градаций ответов на ТЗ осуществлять поддержку принятия решений при оценивании знаний и выявлении компетенций, получать более достоверный результат оценивания;
-
алгоритмы поддержки принятия решений, которые положены в основу разработанного программного обеспечения;
-
программное обеспечение позволяющее сократить временные и трудовые ресурсы при формировании банка качественных тестовых материалов, результаты экспериментальных исследований, подтверждающие работоспособность программного обеспечения и эффективность предложенной модели интерактивной подсистемы оценивания знаний.
Результаты проведенных исследований внедрены в учебный процесс КНИТУ-КАИ и используются при подготовке специалистов технических специальностей; прошли успешную апробацию и внедрены в ООО «Центр развития информационных технологий» г. Казань; используются в качестве ассистирующего
инструментария при сертификации тестового материала в «Инженерном центре информационных технологий», г. Казань.
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: международных научно-практических и научно-методических конференциях «Инновационное образование в техническом университете» г. Казань, 2004 г.; «VIII Королевские чтения» г. Самара, 2005 г.; «Информационная культура в системе подготовки будущего инженера» г. Нижнекамск, 2006 г.; «XIV Туполевские чтения» г. Казань,
-
г.; «Информационные технологии в науке, образовании и производстве», г. Казань, 2007 г; «Инфокоммуникационные технологии глобального информационного общества» г. Казань, 2007 г., 2008 г.; «XV Туполевские чтения» г. Казань,
-
г.; «Наука и профессиональное образование» г. Нижнекамск, 2007 г.; «Технологии электронного обучения в современном вузе» г. Минск, 2008 г.; «Наука и профессиональная деятельность» г. Нижнекамск, 2008 г.; «XVI Туполевские чтения» г. Казань, 2008 г.; «XXXIV Гагаринские чтения» г. Москва, 2008 г.; «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций ПТиТТ-2008» г. Казань,
-
г.; «XXXVI Гагаринские чтения» г. Москва, 2010 г.
Основные положения, представленные в диссертации опубликованы в 27 работах, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, 4 статьи и 21 работа в материалах и трудах конференций.
Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 73 рисунка, 37 таблиц, состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы из 169 наименований на 16 страницах.
