Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Актуальность совершенствования подготовки специалистов пожарной; безопасности на основе современных ин формационных технологий : 11
1.1.. Актуальность совершенствования подготовки специалистов пожарной безопасности 11
1.2.1 Анализ развития информационных технологий 15
1.3. Анализ современного состояния обучающих технологий. 37
1.4. Перспективность использования сервис - ориентированной технологии для организации дистанционного обучения: 41
Выводы по главе 1 46
Глава 2. Разработка организационных основ системы дистанционного обучения при; подготовке специалистов пожарной безо пасности 48
2.1. Организация и управление дистанционным обучением 48
2.2.1 Разработка: обобщенной структуры и основных компонентов системы дистанционного обучения специалистов пожарной безопасности. 52
2.3; Этапы разработки комплекса средств системы дистанционного обучения 59
2.4. Взаимодействие обучаемого и системы дистанционного обучения. 66
2.5 Анализ ограничений, накладываемых на процесс дистанционного обучения 69
Выводы по главе 2 71
Глава 3. Разработка моделей распределения времени для совершенствования; организации учебного процесса при дистанционном обучении 72
3.1. Разработка модели распределения времени при дистанционном* обучении для одного предмета 72
3.1.2. Адаптация модели к изменению реального времени обучения .. 79
3.3. Модель распределения времени: при одновременном изучении г нескольких предметов
3.4. Имитационное моделирование взаимодействия преподаватель — обучаемый 89
Выводы по главе 3 93
Глава 4. Применение моделей распределения времени для совершен ствования организации учебного процесса при дистанци онном обучении специалистов пожарной безопасности 95
4.1. Распределение времени при изучении одного предмета 95
4.2. Коррекция времени обучения 102
4.3. Распределение времени при изучении нескольких предметов... 104
4.4. Результаты имитационного моделирования взаимодействия "преподаватель - обучаемый" 107
Выводы по главе 4 128
Заключение 129
Литература 131
Приложения
- Анализ развития информационных технологий
- Разработка: обобщенной структуры и основных компонентов системы дистанционного обучения специалистов пожарной безопасности.
- Адаптация модели к изменению реального времени обучения
- Коррекция времени обучения
Введение к работе
Эффективность функционирования Государственной противопожарной службы страны непосредственно зависит от качестваподготовки кадров, что обусловливает необходимость постоянного совершенствования! процесса их подготовки; [36, 57, 60, 70; 71, 72, 74]. В настоящее время одним из путей решения этой проблемы является внедрение дистанционного обучения» (ДО) на основе современных информационных технологий» [3, 59; 62 69].
В системе подготовки кадров для ГПС МЧС России центральное место занимает Академия ГПС МЧС России, являясь головным координирующим центром. В=Академии сложился уникальный педагогический коллектив, в котором работает значительная часть всех докторов;и кандидатов наук, работающих в ГПС [60]. Внедрение новых образовательных технологий позволит обмениваться уникальными;методиками преподавания, опытом, учебными материалами, отсутствующими в региональных образовательных учреждениях ГПС, и таким образом; улучшить качество подготовки; специалистов;
Проблема подготовки специалистов для ГПС и вопросы управления; системой подготовки кадров рассматривались в.работах Е.А. Мешалкина; Н.Н; Брушлинского.
Основными преимуществами ДО являются: возможность оперативного получения информации;учебного, справочного и консультационного характера независимо от расстояния и времени суток,.тиражирование передового педагогического опыта, организация процесса-обучения с оптимальной шнтенсивностьюш учетом индивидуальных особенностейобучае-мых [3, 26, 37-39]; Кроме того, дистанционное обучение создает необходимые условиям может являться основой такой формы получения образования как экстернат.
Результатом научных исследований этой области стали разработки методических [3; 31, 37], педагогических [3, 63v 64-66], организационных [З, 5, 25, 39, 43, 56, 63] и частично технических основ [11, 12, 24-26, ЗО] создания систем дистанционного обучения (СДО); Тем не менее, при организации и управлении процессом ДО; существует еще ряд нерешенных проблем, связанных с моделированием процессов, происходящих в СДО, деятельности обучаемых, взаимодействия между преподавателемі и? обучаемым в учебномпроцессе, управленияпроцессом обучения с учетом индивидуальных особенностей и возможностей обучаемых и влияния информационных коммуникаций.
Перечисленные факторы в известной; степени-не способствуют эффективности функционирования СДО, а существующие решения по моделированию и сопровождению отдельных составляющих учебного процесса при дистанционном обучении не решают этих проблем в комплексе.
Внедрение дистанционного обучения в образовательный процесс сопряжено» с решением ряда; проблем организационного,, методического и технического характера в том числе:
- широкими внедрением в образовательный процесс преимуществ;, предоставляемых современными информационными технологиями;.
- разработкой основных структурных элементов системы дистанционного обучения;
- разработкой автоматизированных систем сопровождения процесса обучения;
- моделированием процессов ДО;:
- нормативно-методическим обеспечением учебного процесса;
- компенсацией: ограничений, накладываемых на учебный процесс реальными характеристиками:канала доступа в Интернет;
- адаптацией учебного процесса5 к потребностям; и- возможностям широкого круга потенциальных обучаемых.
В этом, комплексе мероприятий особо следует отметить применение моделирования при \ организации учебного процесса в целях обеспечения рационального использования такого ресурса как время обучения.
Распределение времени обучения можно рассматривать как возможность управления учебным процессом в соответствии с промежуточными и конечными целями обучения..
Следовательно, разработку основных структурных элементов; СДО, методов, моделей и алгоритмов, позволяющих совершенствовать процесс дистанционного обучения можно, рассматривать как фактор, способствующий решению вопросов эффективной организации подготовки специалистов пожарной безопасности.
Указанные обстоятельства предопределяют актуальность темы данной диссертационной работы, ориентированной» на комплексное решение рассматриваемой проблемы.
Целью исследования является разработка; основных структурных элементов системы дистанционного обучения моделей і иі алгоритмов, позволяющих совершенствовать организацию и управление образовательным процессом специалистов пожарной безопасности при дистанционном обучении..
Задачи исследования:
- провести анализ развития информационных технологий и актуальности совершенствования процесса подготовки кадров для ГПС на основе дистанционного обучения;
- разработать основные структурные элементы системы дистанционного обучения при организации образовательного процесса на базе современных информационных технологий;
- разработать методы адаптации обучающих систем к индивидуальным особенностям обучаемых и возможностям информационных технологий;
- разработать методику- моделирования распределения времени в процессе обучения для • нескольких предметов, как при неограниченном І времени обучения, так и в»условиях ограничения общего времени обуче ния для управления учебным процессом с учетом индивидуальных особенностей обучаемых;
- дать математическое описание процесса взаимодействия "преподаватель - обучаемый" при дистанционном обучении и осуществить его моделирование.
Объектом исследования является система дистанционного обучения на основе современных информационных технологий.
Предметом исследования является совершенствование организации; подготовки специалистов пожарной безопасности; при дистанционном обучении на основе моделей распределения времени.
Методы исследования. В диссертационной!работе использовались методы теории: нечетких множеств, теории автоматов, теории? массового обслуживания, имитационного моделирования, теории вероятностей.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- предложен и обоснован метод управления жизненнымs циклом системы дистанционного обучения, адаптированной сервис - ориентированной архитектуре, позволяющий оптимизировать процессы обучения с, учетом изменяющихся требований;
-• разработана методика моделирования распределенияг- времени изучения материала нескольких предметов для; организации и управления; процессом дистанционного обучения;
- разработан метод распределения времени обучения в зависимости о от приоритета различных предметов, обеспечивающий управление дистанционным обучением в условиях ограничения общего времени обучения;
- разработан алгоритм адаптации обучающих систем к индивидуальным особенностям обучаемого и учитывающий влияние ограничений, накладываемых на учебный процесс;
- разработаны математические модели взаимодействия "преподаватель, - обучаемый" при дистанционном обучении- в режимах "on-line" и "off-line".
- получены зависимости вероятности отказа в обслуживании для моделей взаимодействия "преподаватель - обучаемый" при различных сочетаниях "закон поступления — закон обслуживания" заявок.
Практическая значимость работы заключается:
- в возможности использования полученных результатов на этапах разработки, внедренияі и»организации процесса дистанционного обучения при подготовке специалистов пожарной безопасности на основе современных информационных технологий;
- в разработке моделей, позволяющих распределять общий бюджет учебного времени и повысить эффективность и качество процесса подготовки, переподготовки и консультирования специалистов на основе дистанционного обучения;
- в возможности применения методики распределения времени для управления учебным процессом с учетом индивидуальных особенностей обучаемых;
- компенсации влияния на учебный процесс реальных используемых аппаратных средств, имеющихся в распоряжении обучаемого, и тем самым повышении эффективности обучения;
- в возможности применения - полученных результатов имитационного моделирования, взаимодействия "преподаватель — обучаемый" на основе безбуферного узла и узла с буфером; сети массового обслуживания при различных.сочетаниях "закон поступления - закон обслуживания" заявок при организации дистанционного обучения.
Реализация результатов исследования. Результаты диссертационной работы использованы:
- Академией ГПС МЧС России в учебном процессе на факультете подготовки руководящих кадров ГПС;
- Ивановским институтом ГПС МЧС России при совершенствовании организации ив процессе подготовки специалистов пожарной безопасности;.
- Департаментом управления в кризисных ситуациях МЧС России; при разработке информационно-поисковой системы "Компьютерная выставка МЧС России";
- ОАО "Арсенал спасения" при разработке Информационно- выставочного комплекса МЧС России.
Внедрение результатов работы подтверждено соответствующими актами.
Публикации. По тематике диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 8 в единоличном авторстве, результаты исследований нашли отражение в 3 отчетах о НИР.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях, симпозиумах:
Всероссийской научной конференции "Информационные технологии: управления и предупреждения ЧС" (г. Химки МО, Академия гражданской защиты, 1999 г.).
Международной конференции! "Актуальные проблемы совершенствования системы подготовки кадров силовых структур на пороге XXI века" (Ташкент, Высшая пожарно-техническая школа MBД Республики Узбекистан, 2000г.).
Международных конференциях "Системы безопасности" (Москва, Академия ГПС МЧС России, 2001, 2003 гг.).
Научно-практической конференции "Снижение риска гибели людей при пожарах" (ВНИИПО МЧС России 2003 г.).
Международной научно-технической школе-конференции "Молодые ученые — науке, технологиям и профессиональному образованию" (Москва МИРЭА, 2003 г.).
Международном симпозиуме по исследованию операций "SYM-OP-IS 2002" (Тара, Союзная Республика Югославия, 2002 г.).
Международном симпозиуме "Комплексная безопасность России-исследования, управление, опыт" (Москва; 2004 г.).
На защиту выносятся:
1. Методика моделирования распределения времени в процессе дистанционного обучения при изучении нескольких предметов.
21 Методика моделирования взаимодействия "преподаватель - обучаемый" при дистанционном, обучении;в режимах "on-line" и "off-line" на основе безбуферного узла и узла с буфером сети массового обслуживания.
3; Метод і управления жизненным» циклом системы дистанционного обучения, адаптированной к, сервис - ориентированной архитектуре, позволяющий оптимизировать процессы обучения с учетом І изменяющихся; требований:
4. Алгоритм»адаптации обучающих систем s к индивидуальным особенностям обучаемого и учитывающий влияние ограничений; накладываемых на учебный процесс.
5; Метод распределения времени изучения материала в зависимости от приоритета предметов в условиях ограничения общего времени обучения.
6: Математические модели взаимодействия "преподаватель - обучаемый" прт дистанционном обучении в режимах "on-line" и "off-line" и зависимости? вероятности5 отказа в обслуживании: для- этих моделей при і различных сочетаниях "закон поступления - закон обслуживания" заявок.
Структура і и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав; заключения,, списка литературы, и приложения.. Общий объем; диссертации составляет 177 страниц, в том числе 39 рисунков, 6 таблиц; список литературы из 115 наименований и приложение из 32 страниц, содержащее 14 таблиц и 14 рисунков; включающих 127 графиков.
Анализ развития информационных технологий
Мировая динамика развития Интернет. Сеть Интернет представляет собой глобальное объединение компьютерных сетей и информационных ресурсов, принадлежащих множеству различных людей и организаций; В настоящее время- сеть является; важнейшим средством обмена: данными в масштабах планеты, предоставляя, дешёвый способ«коммуникаций и источник оперативной информации:по различным отраслям зна-ний. Развитие Интернет началось с того, что 5 декабря«1969 г..три компьютера в Калифорнии и один в штате Юта были соединены с помощью ARPAnet-сети, которая в итоге превратилась в Интернет [80, 81].. Важным моментом в развитии сети стало изобретение: в 1989 г.. принципиально нового свободного доступа: в сеть -World Wide Web (WWW- всемирная паутина) [82]. WWW основана на стандартных сетевых концепциях и обладает клиент - серверной архитектурой. Каждый Web-сайт осуществляет прогонку серверной программы, которая реагирует, на информационные запросы от программ-броузеров - клиентов; Каждый запрос и соответствующий ему отклик образуют дискретную транзакцию. Броузеры, ("просмотрщики") могут организовать запросы к различным серверам; Серверы; обычно не отслеживают происхождение запросов и рассматривают каждый запрос как полностью новый, даже если он появился от того же самого броузера: Если; документ состоит из ряда информационных ресурсов: (например; текст с вложенными рисунками или видеосюжетами), то к серверу посылается отдельный запрос на каждый из ресурсов.
Распространение WWW - технологии обусловлена тем, что она позволяет пользователям путешествовать по её маршрутам через гигантские информационные репозитории, поддерживаемые индивидуумами или корпоративными сообществами. "Всемирная паутина" гибка и высоко,интерактивна. Гибкость WWW привела к росту заинтересованности в информационных системах с сетевым доступом. В комбинации со сверхбольшими г базами данных эта;технология послужила базой для значительных и инновационных подходов к организации передачи данных для компаний и всемирных соглашений по передаче данных между индивидуумами:
В последние несколько лет наблюдается бурный рост сети Интернет, в том числе и в России [97]. В 1990т. Интернет включала в свой состав 3 тыс. активных сетей и более 200 тыс. компьютеров. На конец 1996 г. Интернет объединяла около 45 млн. пользователей, 50 тыс. подсетей и более 100 млн. компьютеров, общающихся между собой по протоколу TCP/IP, из них около 3 млн. были подсоединены к сети одновременно. Рост числа пользователей Интернет представлен на рис. 1.
По сведениям фирмы Novell, в Интернет каждый месяц добавляется 625 Тбайт новых данных, а по данным Nuacom [8] миллиардный рубеж пользователей будет перейден в 2005 году.
Размеры Интернет можно охарактеризовать числом доменов и хостов. Домен представляет собой централизованно администрируемый набор; компьютеров, взаимодействующих друг с другом определенным способом-через сервер доменных имен; объединение компьютеров в домен осуществляется или по их географическому местоположению, или по организации, или по типу активности. Под хостами понимаются компьютеры, имеющие уникальные Интернет - адреса, выполняющие централизованные функции поддержки сетей и имеющие доступ в другие сети. Исследования роста сети Интернет (количества пользователей и числа хостов) проводились различными организациями [7, 8, 9]. Ниже представлены обобщенные данные этих исследований и прогнозов.
Развитие Интернет в России. В России на 1 тысячу жителей приходится 33 компьютера и 0,05 Интернет-хоста на 10 тысяч жителей [6] в то время как в США эти показатели соответственно 320 и 294. По тем же данным Россия занимает 54 место в мире по индексу технологического прогресса (количество телевизоров, персональных компьютеров, факсов, Интернет -хостов, мобильных телефонов на определенное количество жителей).
Всего на начало 1999 г. количество ПК, отвечающих требованиям по использованию современных программных продуктов (т.е. процессор не ниже Pentium 100) составляло около 4 млн. [2]. При сохранении тенденции почти линейного роста общей численности компьютерного парка с учетом его модернизации количество "современных" ПК на рынке России достигнет к 2004 г. 8,4-8,9 млн. единиц.
Показатели средней плотности пользователей ПК и средней плотности пользователей Интернет, коррелируют между собой. Поэтому продолжающийся устойчивый рост компьютерного рынка в России способствует развитию русскоязычной части сети Интернет (Рунет). Рунет развивается, причем как в количественном аспекте (рост зарегистрированных доменных имен или ІР-хостов), так ив качественном (появление новых Интернет -услуг, развитие телекоммуникационной инфраструктуры).
Разработка: обобщенной структуры и основных компонентов системы дистанционного обучения специалистов пожарной безопасности.
Организация дистанционного обучения. Начальным этапом конфигурации ! учебного процесса при дистанционном обучении (создания компьютерно-ориентированной обучающей технологии) является целевой анализ форм, методов, элементов передачи знаний, умений и навыков.
Использование информационных технологий в учебном процессе дает не только большие преимущества, ной накладывает определенные ограничения. Рассмотрим их в порядке важности: 1. Внесение изменений в учебный материал и адаптация его к гипертекстовой диалоговой среде потребует значительных материальных затрат и привлечения большого количества персонала. 2. Создание интерактивных учебников и текстов потребует выполнения большого объёма работ, связанных с созданием и тестированием программного обеспечения. 3. Ведение текущих работ по администрированию БД учебного материала и обеспечению его актуализации. 4. Создание эффективной автоматизированной системы поддержки процесса обучения. 5. Обеспечение защиты информации. 6. Организация контроля усвоения учебного материала. Предлагаемая схема организации ДО при подготовке специалистов пожарной безопасности представлена на рис. 11. С точки зрения организации обучения, центр ДО должен включать следующие структурные единицы: учебно-методический отдел (УМО) вуза, руководство факультета, кафедру, осуществляющую непосредственное обучение по комплексу дисциплин учебного плана и использующей для этой цели учебно-методические комплексы (УМК) по дисциплинам, а также привлекая преподавателей, владеющих компьютерными технологиями обучения.
Планирование - разработка на базе учебного плана специальности учебного графика работы обучаемого на семестр. Учебный график для ДО на семестр представляет собой документ, в котором должны быть указаны сроки отчетности по всем видам самостоятельной работы обучаемого; получение учебно-методических материалов и всех видов заданий на самостоятельную работу; представления результатов выполнения итоговых домашних заданий (ДЗ), рубежных контролей (РК) и курсовых работ (КР), а также личной явки в учебное заведение (если; такая предусматривается). Учебный план является основой всего процесса ДО.
Подготовка УМК - формирование УМК по дисциплинам кафедры, а также учебного графика для обучаемого. УМК включает: - регистрационные данные; - учебно-методические пособия; - учебные курсы в электронном виде; - промежуточные и итоговые домашние задания; - блок тестирующих программ, позволяющих оценить результаты выполнения ДЗ и РК, а также индивидуальные характеристики обучаемого. 3. Дистанционное обучение включает следующие шаги: 1) регистрация пользователя; 2) выбор уровня образования (повышение квалификации, переподготовка, базовое образование); 3) выбор специализации, предварительное тестирование, и компоновка по его результатам индивидуальной учебной программы; формирование графика обучения; 4) загрузка рабочего места обучающими программами и соответствующими данными по профилю и этапам подготовки; 5) консультирование по инициативе обучаемого; 6) непосредственное изучение материала, включая участие в предусмотренных программой групповых занятиях и консультациях; 7) контроль завершения этапа подготовки и переход к следующему этапу; 8) контроль завершения курса, итоговое тестирование; 9) сертификация в головном центре С ДО; При дистанционном обучении обучаемый- самостоятельно работает над комплексом дисциплин, используя учебно-методические материалы, сформированные в соответствии с его индивидуальными характеристиками и текущим уровнем знаний.
Шаги 1, 2, 3 выполняются в режиме реального времени работы в сети ("on-line"). Шаг 4 выполняется в режиме электронной почты или физической пересылки GD-ROM. Основная работа обучаемого - шаг 6 может выполняться как в автономном режиме ("off-line") так ив режиме реального времени ("on-line"). Консультирование и этапный контроль выполняются также в режиме "off-line", а вот групповые занятия и завершающее тестирование в режиме "on-line". Этап компьютерного обучения предполагает овладение обучаемым информацией в процессе работы с УМП и учебными курсами, атакже выработку понимания информации, в результате чего обучаемый должен быть готов: - отвечать на вопросы по теории предмета; - составлять типовые алгоритмы решения тех или иных заданий; - применять эти алгоритмы на практике. Работа с преподавателем предполагает работу обучаемого под руководством преподавателя, который проводит консультации, обеспечивает дополнительное обучение, дает оценку знаний обучаемого. О введении ДО можно говорить при выполнении следующих основных условий: 1) разработка и реализация соответствующей технологии поддержки процесса обучения; 2) создание развитой системы учебно-методического и программного обеспечения процесса обучения; 3) создания банка данных системы ДО и гибкой системы управления этим банком данных; 4) создание эффективной автоматизированной системы поддержки процесса обучения; 5) наличие телекоммуникационной сети вуза, подключенной к Интернет или Интранет - сетям.
Адаптация модели к изменению реального времени обучения
Описанная выше модель прогнозирует оптимальное распределение времени в процессе изучения какого-либо предмета, с учетом индивидуальных предпочтений обучаемого. Но данная модель, являясь статичной, не учитывает изменений времени в процессе обучения, обусловленных причинами, перечисленными выше (п. 2.4). Время, необходимое на изучение материала в процессе ДО может значительно отличаться от прогнозируемого ранее. Это может быть вызвано различными причинами как методического, так и технического характера. К методическим можно отнести все причины, связанные с более медленным; чем ожидалось, усвоением материала, а к техническим можно отнести задержки в изучении, вызванные ограничениями, накладываемыми на процесс ДО реальными характеристиками аппаратных средств. В данном случае может произойти.так, что уже на первом этапе обучения время, реально затраченное на обучение (Тр), будет отличаться от прогнозируемого (Тпр). Если обучаемому не хватит спрогнозированного времени на обучение (т.е. доходы от использования выбранного времени на обучение окажутся меньше ожидаемых), или напротив, материал будет изучен быстрее, чем это прогнозировалось (т.е. доходы окажутся выше ожидаемых), то прогноз на последующие этапы обучения окажется некорректным.
Поскольку данная система рассчитывает стратегии обучаемого на весь период обучения и выбирает наиболее подходящую индивидуальному стилю принятия решения, то целесообразно на каждом шаге обучения осуществлять соответствующую коррекцию стратегий и заново производить расчет с выбором оптимальной. Такая коррекция будет производиться системой автоматически, и предоставлять обучаемому рекомендации с изменением стратегии.
Для лучшей коррекции! при расчете коэффициента А целесообразно брать время, затраченное на прохождение нескольких этапов (в этом случае колебания изменений времени от этапа к этапу не так существенны). Но следует также учитывать, что в этом случае уменьшается влияние на результат более "важного" с точки зрения методики раздела материала. Поэтому не всегда следует брать для расчетов сумму всех пройденных времен.
Коррекция осуществляется над функцией доходов: следующим образом. Если для некоторого этапа обучения Xj величина А больше единицы, то в функции дохода ст: Xj+ixTj+i, оценка дохода от использования на этапе Х,+1 времени большего, чем было выбрано, умножается на коэффициент А и, таким образом, увеличивается; данное время выбирается в качестве рекомендуемого.
Если на этапе Xj величина А меньше единицы то в, функции а:. Xj+ixTj+i оценка дохода от использования выбранного времени умножается на А и, таким образом, уменьшается, а, вместо выбранного, рекомендуется использовать время меньшее.
Рассмотренную выше модель распределения времени обучения можно использовать как для одного предмета (например, в пределах одного семестра), так и для некоторой последовательности предметов, в: которой каждый из последующих связан с предыдущим. Но, в процессе обучения весьма распространенной является ситуация, когда одновременно изучаются несколько независимых друг от друга предметов. Для такой ситуации целесообразно разработать модель распределения времени на обучение для одновременного изучения нескольких независимых предметов.
Рассмотренные выше модели разработаны применительно к изучению одного предмета, курса или последовательности связанных друг с другом курсов или предметов. Однако часто в процессе обучения одновременно изучаются предмет, не связанные друг с другом. В такой ситуации возникает необходимость в оптимальном распределении времени в течение всего учебного процесса и прогнозировании необходимого времени для заданной конечной цели обучения.
При одновременном изучении нескольких предметов процесс ДО можно представить в виде совокупности следующих составляющих: - множество предметов изучаемых обучаемым одновременно М={М1,М2,...,Мк}; - множество модулей, на которые разбиваются предметы X={Xi, Х2,..., Хп} (этапы обучения); - прогноз расходов времени на изучение одного модулягодного предмета - Tjjpj, где je{l,..., к} - размерность множества изучаемых предметов, і є{1,..., п} - размерность множества модулей изучаемых предметов; - время, реальжь затраченное на изучение одного модуля одного предмета- TpJj, гдеje{l,..., к}, ie{l,...,n}; - для каждого предмета обучаемым нечетко задается приоритет данного предмета: u(g) = {ц(М] ),...,ц(Мк)},41(g) є [0,l]; - суммарное время всего учебного процесса Т2. Процесс обучения может быть построен таким образом, что суммарное время обучения Ts не ограничено. В этом случае рекомендации системы направлены на то, чтобы спрогнозировать необходимое время обучения на последующем этапе и рассчитать суммарное время обучения с уче 85 том факторов, рассмотренных в п. 2.4 (скорости усвоения материала, влияния реальных характеристик доступа в Интернет).
Коррекция времени обучения
Описанный порядок работы безбуферного узла (см. п. 3.4 и рис. 20) реализуется в виде компьютерной программы, осуществляющей;имитационное моделирование процесса поступления-обработки сигналов по методу Монте-Карло [17]. Блок-схема программы представлена на рис. 25. В качестве датчика случайных чисел использовалась подпрограмма RANDU [18], а оценка точности [28] проводилась по двум критериям - по стабилизации получаемых результатов при варьировании числа циклов N (см. рис. 26) и по степени совпадения характеристик воспроизводимых тестовых законов (p(t) и vj/(t) (см. рис. 27). Как видно из рис. 26 и 27, точность моделирования приемлема (хотя имеет смысл в дальнейшем провести работу по совершенствованию датчика случайных чисел, например, на. базе таблиц [19]).
В процессе имитационного моделирования работы безбуферного узла, осуществленного с помощью разработанной программы, моделировались три основных вида законов (p(t) и i}/(t) - экспоненциальный (применительно к потоку входных сигналов, подчиненных пуассоновскому закону, время между двумя сигналами подчинено экспоненциальному закону [16]), равномерной плотности и детерминированный (программа позволяет разыгрывать любой закон p(t) и/или \/(t) в виде гистограммы):
В результате проведенного моделирования для различных сочетаний законов (p(t) и vj/(t) было установлено, чтси вероятность отказам узла в обслуживании сигнала зависит от нагрузки ос (т. е. соотношения между средней продолжительностью t 0б обслуживания сигналов и средним интервалом их поступления tBX), но не от абсолютных величин t06 и tBX.
Для сочетания "пуассоновский входной поток cp(t) и экспоненциальный закон обслуживания vj/(t)" это доказано теоретически [16] и следует из выражения (3;13), но для других сочетаний законов (p(t) и i}/(t) это не было очевидно заранее. Зависимость величины вероятности отказа узла (для удобства можно пользоваться и обратной характеристикой - вероятностью обслуживания Р0=(1-Р0тк)) от нагрузки приведены,на рис. 28.
По результатам моделирования было установлено, что на характеристики законов cp0(t) и (pH(t) (математические ожидания t0 и tH, коэффициенты вариации Kv, асимметрии As и эксцесса Ех этих законов) влияют не абсолютные: значения средних времен tBX и t06, а их отношение, т.е. нагрузка а. При этом имеет смысл пользоваться относительными значениями to/tBX и tH/tBx. - Результаты моделирования в графическом виде представлены на рис. 29-32.
Отдельно следует остановиться на варианте детерминированного (регулярного) потока входных сигналов и детерминированного времени их обслуживания. В данном случае, очевидно, что потоки и на выходе из узла будут иметь неслучайный квазипериодический характер, а вероятность обслуживания может оцениваться по выражению:
Узел с буфером, как отмечалось выше (п. 3.4), описывает взаимодействие в режиме "off-line". Такое взаимодействие не имеет серьезных ограничений с точки зрения организации процесса ДО и управления распределением времени, поэтому в рамках данной работы не проводится подробный анализ работы данного узла, а приводится только методика моделирования и полученные результаты.
Блок схема программы имитационного моделирования обслуживания заявок при неограниченной очереди и одном канале обслуживания представлена на рис. 33. Зависимость вероятности отказа узла с буфером от нагрузки при различных сочетаниях "закон поступления — закон обслуживания" показана на рис. 34, остальные полученные характеристики работы узла с буфером - рис. 35-38.
