Содержание к диссертации
Введение
1 Методы и ашгоритмы представления и управления функционированием баз знаний в обучающих системах 10
1.1 Классификация электронных обучающих сред и средств управления образовательным процессом с их помощью 10
1.2 Принципы представления баз знаний в распределенных автоматизированных обучающих системах 17
1.3 Системы поддержки адаптивных режимов 21
1.4 Методы контроля знаний в обучающих системах 25
1.5 Требования, предъявляемые к распределенным адаптивным электронным учебным ресурсам 32
Выводы и результаты (основные направления исследования) 35
2 Моделирование многоуровневой распределенной адаптивной системы организации знаний на примере образовательного процесса 38
2.1 Жизненный цикл обучающей системы 38
2.2 Модель предметной области ...43
2.2.1 Модель освоения учебного материала 43
2.2.2 Модель знаний 45
2.2.3 Модель процесса прохождения обучения 57
2.3 Модель обучаемого. 58
2.4 Модель контроля знаний 63
Выводы и результаты по второй главе 66
3 Особенности управления организацией знаний в многоуровневой распределенной адаптивной обучающей системе 69
3.1 Принцип построения структуры обучающей системы 69
3.2 Принципы организации контента 77
3.3 Особенности работы подсистемы контроля знаний 82
3.4 Шкалирование результатов контроля знаний 88
3.5 Оценка равномерности распределения дистракторов 92
Выводы и результаты по третьей главе 94
4 Реализация многоуровневой распределенной адаптивной обучающей системы 96
4.1 Функции управления в обучающей системе 96
4.2 Описание программного комплекса 98
4.3 Архитектура системы 104
4.4 Подсистема контроля знаний 106
4.5 Оценка качества программного комплекса 108
Выводы и результаты по четвертой главе 117
Заключение 118
Список литературы 120
Приложение а 130
Приложение Б 135
- Принципы представления баз знаний в распределенных автоматизированных обучающих системах
- Требования, предъявляемые к распределенным адаптивным электронным учебным ресурсам
- Принципы организации контента
- Описание программного комплекса
Введение к работе
Болонская "Декларация о Европейском пространстве для высшего образования", подписанная Россией в 2003 г., и "Концепция модернизации российского образования на период до 2010 г." основными целями образования определяют повышение его качества, доступности, эффективности и требуют создания системы гарантий качества. С 2001 г. в образовательных организациях России ведутся работы по формированию систем менеджмента качества в соответствии с требованиями и рекомендациями ISO серии 9001:2001 (ГОСТР ИСО серии 9001-2001) [ 7, 21, 58]. Их выполнение является общепринятой гарантией устойчивого качества оказываемых услуг и хорошо отлаженной управленческой системой. Задача создания электронной обучающей системы (ЭОС) с соответствующим качеством может быть решена на основе применения CASE-технологий функционального моделирования и проектирования сложных организационных процессов [11, 14, 15, 15, 46, 57, 108] . Данный подход обеспечивает использование преимуществ объектно-ориентированных методов на уровне анализа и проектирования с использованием языка моделирования и объектно-ориентированных технологий управления учебным процессом.
Проведенный анализ отечественной и зарубежной литературы по оценке качества образовательных систем [18, 39, 52, 62, 94, 102] показал, что в основном рассматриваются вопросы мониторинга знаний обучающихся или внешней оценки образовательной организации со стороны государства. Вопросы построения личностно-ориентированных образовательных ресурсов с заданными критериями качества системы для повышения эффективности управления процессом обучения менее изучены.
Проблемой повышения эффективности образовательного процесса (ОП) с использованием информационных и компьютерных технологий занимались многие ученые [4, 7, 23, 28, 30, 32, 40, 42, 48, 55, 60]. Компьютерная технология основывается на использовании некоторой формализованной модели содержания, которая представлена программными средствами как педагогическими, так и телекоммуникационным. Совершенствование информационных технологий ОП включает разработку как новых методов управления ОП, так и методов и алгоритмов их использования в учебном процессе [13, 34, 47, 53, 58, 65, 67, 98, 105]. Наименее решенными в данной области являются задачи эффективного хранения учебно-методических материалов,, организации оптимального пути получения знаний с учетом индивидуальных характеристик обучаемых.
Исследование литературы и опубликованных в Интернет материалов [5, 6, 24, 36, 41, 49, 51, 53, 60, 68, 109] по проблемам разработки и применения информационных и компьютерных технологий позволило выявить наличие противоречий между:
-традиционными видами связей в представлении учебно-методического обеспечения и потребностью практики в инновационных формах подачи и обработки информационных материалов;
- абсолютизацией структур и форм построения- учебно-методических материалов для студентов и необходимостью изменения организационных структур на основе расширения их функциональных и информационных возможностей;
- процессом развития информатизации образования и отсутствием общего подхода к разработке новых программных средств обучения, интегрирующих современные педагогические и информационные технологии.
Наибольшая эффективность от процесса обучения достигается с применением адаптивных технологий [10, 12, 70, 27, 29, 40, 66, 103]. Адаптивные обучающие системы являются наследниками двух более ранних разновидностей компьютерных средств учебного назначения: интеллектуальных обучающих систем (ИОС) и автоматизированных обучающих систем (АОС). ИОС используют связи предметной области, обучаемого и сценария ОП для поддержки индивидуализации обучения. В настоящее время существует некоторое количество адаптивных обучающих систем, основанных на сложных и ресурсоемких алгоритмах искусственного интеллекта и обеспечивающих приемлемый уровень адаптации, поэтому встает задача разработки такого алгоритма поддержки адаптивного ОП; который позволяет проводить личностно-ориентированное обучение в произвольной предметной области с реализацией управления траекторией развития обучающегося. Не менее важны адекватная статистическая обработка результатов контроля знаний, представление их в виде показателей и графиков, понятных каждому специалисту, тщательный анализ всех факторов, влияющих на валидность (обоснованность) выводов по результатам ОП [1, 2, 3, 19, 26, 42, 45, 56, 63, 96, 97, 99, 106].
Необходимость решения всех этих задач определили актуальность темы диссертационной работы, предопределили ее цель и задачи.
Цель диссертационной работы состоит в разработке методов интеллектуальной поддержки принятия решений при работе с базами знаний в многоуровневых распределенных адаптивных обучающих системах и методов контроля знаний, а также создание профаммного комплекса управления обучением, соответствующего требованиям системы менеджмента качества ИСО 9001:2001.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ существующих методов и средств управления образовательным процессом с помощью электронных обучающих сред для выявления и развития наиболее перспективных из них;
2. Спроектировать многоуровневую адаптивную систему с помощью CALS-технологий для организации управления качеством обучения согласно требованиям международных стандартов ИСО серии 9001;
3. Разработать модель управления организацией баз знаний учебных материалов, позволяющую сформировать обучающее пространство для мотивации развития личностных компетентностей;
4. Разработать метод и критерии оценки знаний, позволяющие принимать решение об усвоении учебного материала и формировании дальнейшей траектории обучения;
5. Разработать профаммный комплекс, предназначенный для реализации управления базами знаний в многоуровневых адаптивных обучающих системах и получить экспериментальное подтверждение практической применимости разработанного профаммного комплекса в учебном процессе.
Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использованы элементы математического и имитационного моделирования, теории графов и множеств, математической статистики, теории автоматизированного проектирования информационных систем на основе инструментального объектно-ориентированного средства Rational Rose, основанного на применении стандартного языка моделирования Unified Modeling Language (UML), теории организации баз знаний и данных, а также методы и средства объектно-ориентированного программирования. На защиту выносятся:
• результаты анализа существующих методов и средств управления образовательным процессом с помощью электронных обучающих сред, с помощью которых было выявлены наиболее перспективные;
• алгоритм проектирования обучающих систем с учетом требований стандартов ИСО 9001:2001, позволяющий учитывать требования всех заинтересованных участников ОП;
• модель организации и управления базой знаний учебных материалов, позволяющую эффективно организовать знания о предметной области и формировать обучающее пространство для реализации личностных компетенций обучаемых для любой дисциплины;
• метод и критерии оценки результатов контроля знаний с учетом неполных ответов и вероятности угадывания правильного ответа и алгоритм шкалирования результатов обучения в единой метрической шкале, использующей заданное количество узловых точек, позволяющий сделать процесс более объективным, эффективным и управляемым;
• программный комплекс, предназначенный для реализации управления базами знаний в многоуровневых адаптивных обучающих системах.
Научная новизна. К новым результатам диссертации можно отнести:
• модель адаптивной структуры учебного курса управления образовательным процессом, позволяющую, в отличие от существующих, отображать знания и их взаимосвязи в виде квантово-структурного пространства обучения и формировать рациональную траекторию прохождения обучения в соответствии с принципом максимальной вероятности квантов структуры обучения;
• метод управления учебными воздействиями, учитывающий, в отличие от существующих, не только начальный уровень знаний обучающихся, но и такие параметры, как время изучения раздела, коэффициент забывчивости и другие индивидуальные особенности обучения;
• метод контроля знаний и алгоритм шкалирования результата, позволяющие принимать решение об усвоении учебного материала и формировании дальнейшей траектории обучения, отличающиеся возможностью учета вероятности угадывания правильного ответа и неполных, частично правильных ответов, а также получение результатов обучения в рейтинговой и/или единой метрической шкале, использующей заданное количество узловых точек.
Практическая ценность работы заключается в:
• алгоритме проектирования ЭОС с учетом требований системы менеджмента качества ИСО 9001:2001, позволяющие получить систему с заданными критериями качества;
• методе организации контента и формирования рациональной траектории обучения с учетом индивидуальных особенностей обучающегося, решающим задачи управления процессом обучения;
• методе и критериях контроля знаний обучающихся и средствах оценки достоверности полученных результатов, позволяющие принимать решение об успешности обучения;
• программном комплексе, позволяющем осуществлять управление адаптивным обучением.
Основания для выполнения работы.
Научно-исследовательская работа по тематике диссертации проводилась в рамках следующих проектов:
• грант аналитической ведомственной целевой программы Министерства образования Российской Федерации «Формирование системы менеджмента качества образовательных услуг университетского округа», проект № НЧ-НЧ-01-06-ПГ «Развитие научного потенциала высшей школы» в 2006-2007 г.
• Государственный контракт от 09 августа 2006 г. № П-156 на выполнение работ по проекту «Разработка информационно-методической поддержки систем управления качеством в образовательных учреждениях ВПО»
• инновационная образовательная программа подготовки кадров в области информационных технологий проектирования, производства и эксплуатации сложных технических объектов.
Апробация работы.
Результаты работы были представлены на следующих научных конференциях: V Всероссийской научно-практической конференции «Интеграция методической (научно-методической) работы в системе повышения квалификации кадров» (Челябинск, 2004), XI Всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2004» (С.-Петербург, 2004), II международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы информатики и информационных технологий» (Тамбов, 2005), XIV международной научной конференции «Новые технологии в образовании» (Воронеж, 2006), Всероссийской научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2007» (Астрахань, 2007), Всероссийской научно-практической конференции «Информационная среда вуза XXI века» (Петрозаводск, 2007).
По результатам выполненных исследований опубликовано 19 печатных работ, в том числе 1 статья в рецензируемом научном журнале из списка ВАК.
Разработанный программный комплекс, а также полученные с его помощью данные используются в учебном процессе УГАТУ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объём работы составляет 143 страницы, 27 рисунков, 22 таблицы, 110 наименований использованной литературы.
Принципы представления баз знаний в распределенных автоматизированных обучающих системах
Прикладное назначение распределенных автоматизированных обучающих систем (РАОС) - обеспечить доступ через Интернет к высококачественным образовательным услугам, базирующимся на обучающих ресурсах, произвольно распределенных в глобальной сети. Принципиальная архитектура РАОС определяется интенсивно развивающимся в последние годы международным стандартом SCORM. Этот стандарт выделяет в РАОС два независимых уровня: сам учебный материал и систему управления обучением. В результате, теоретико-методологическая проблематика РАОС распадается на два независимых направления: учебно-методическое и управленческое.
Отбор средств представления информации, как для учебных материалов, так и в качестве механизма для системы сопровождения, является важным этапом в общем проектировании структуры электронного обучения. Применяемые средства являются реальной частью структуры для обучаемых и лиц, обеспечивающих сопровождение, и непосредственно воздействуют на использование и опыт структуры. Сетевые дистанционные технологии являются одними из самых новых технологий организации учебного процесса. Возникли они благодаря широкому распространению Интернет. Организация реального сетевого образовательного процесса как система — не просто совокупностью учебно-методических материалов. Подобная совокупность является аналогом библиотеки, но библиотека - это только одно из подразделений любого учебного заведения. Кроме нее должны существовать службы организации учебного процесса и технология работы этих служб в сети в процессе обслуживания учебного процесса. Основными функциями системы сетевого обучения являются [48]: обеспечение учащихся учебно-методическими материалами; формирование и ведение каталога информационных ресурсов; проведение тестирования (промежуточного и итогового); идентификация пользователей и их структуризация по категориям; обеспечение интерактивной связи обучаемого с преподавателями и администрацией учебного заведения; обеспечение каждой категории пользователей возможностями для реализации их задач; представление максимально полной информации о порядке обучения для потенциальных пользователей; обеспечение формирования необходимого комплекта документов при поступлении.
Сетевое обучение обычно предоставляются на базе двух технологических решений, которые называются кейс-технологией и сетевой (интернет) технологией [53]. Кейсовая технология основана на предоставлении обучающимся информационных образовательных ресурсов в виде специализированных наборов учебно-методических комплексов (кейсов), предназначенных для самостоятельного изучения, с использованием различных видов носителей информации. Доставка материалов обучающимся при этом осуществляется любыми приемлемыми для образовательного учреждения способами.
Интернет-технология основана на использовании глобальных и локальных компьютерных сетей для обеспечения доступа обучающихся к информационным образовательным ресурсам и для формирования совокупности методических, организационных, технических и программных средств реализации и управления учебным процессом независимо от местонахождения его субъектов. Важным этапом в реализации Интернет-технологии является наличие автоматизированного электронного сервиса, обеспечивающего возможность постоянного удаленного доступа к учебно-методическим материалам, получения текущей информации о процессе обучения, (off-line) общения с преподавателями - консультантами и т.д. Опыт создания и эксплуатации обучающих программ на локальных ПК выявил их следующие недостатки: принципиальная сложность реализации адаптивного подхода обучающей программы, обусловленная тем, что система не имеет данных для анализа результаты работы обучаемого ранее на других ПК; не имея текущей информации, преподаватель не имеет возможности контролировать и, при необходимости, корректировать ход занятия; ввиду ограничения объема материала занятия свободным дисковым пространством локальной ПК требуется его переустановка на всех ПК одновременно при изменении темы или корректировки содержания.
Анализ перечисленных недостатков локальных обучающих систем приводит к выводу о необходимости пересмотра их организации и признание наиболее приемлемым подходом при создании обучающих программ сетевую организацию с архитектурой «клиент-сервер» с ведением распределенной реляционной или объектно-ориентированной базы данных.
Организация занятий с применением сетевой системы обучения обусловлена следующим ее преимущества: материал занятия и вопросы для контроля хранятся только на сервере приложения, тем самым отпадает необходимость обновления материалов на каждом рабочем месте перед каждым занятием; ввиду существенного снижения ограничений на размер дискового пространства, материал может быть представлен в виде HTML-страниц, апплетов JAVA, справочных файлов Windows и т.д.; клиентская часть приложения обращается к данным по сценарию сервера, который учитывает предыдущие результаты работы обучаемого и динамику усвоения им материала (темп и относительную частоту правильных ответов), тем самым осуществляется адаптивный подход к подаче материала и опросу обучаемого; преподаватель, работая с сервером приложения, имеет полное представление о ходе работы каждого обучаемого и может индивидуально менять ход занятия; список вариантов ответов на вопрос может быть составлен динамически для каждого обучаемого; в случае затруднения с ответом обучаемый возвращается (с дальнейшей корректировкой оценки) к изучаемому материалу; в ходе занятия обучаемый может при необходимости обратиться к преподавателю используя технологию электронной почты.
Подобные программные комплексы, как правило, включают в себя -HTTP сервер, SQL-совместимую базу данных, программные средства организации коммуникаций и управления процессом группового или индивидуального обучения.
Современные платформы сетевого обучения, иногда называются системами управления обучением (LMS), иногда системами управления-знаниями (KMS) [26]. Существуют комплексы, интегрирующие обе указанные функциональные системы. Функционально полная, платформа для реализации сетевого обучения включает в себя: Средства создания контента, понимаемые как программные инструменты автора учебного контента, включая текстовый, графический, мультимедийный дизайн и средства импортирования контента в обучающую среду; Средства управления контентом, отвечающие за наполнение, актуализацию, изменение, дополнение, авторизацию контента администратором курса и доставку контента до обучающего по его запросу и/или событийному календарю курса обучения; Средства управления и поддержки процесса обучения, играющие роль деканата, учебного отдела со всеми известными функциями зачисления, исключения студента, приостановки обучения, ведения отчетности и переписки, успеваемости, разнообразной статистики событий и процессов на платформе, а также приема экзаменов или проведение тестов, организацию коммуникаций "учитель-студент", "студент-студент" (почта, форум, on/offline мероприятия, зачеты, семинары).
Выбранная платформа требует наличия компьютера. Это может быть либо компьютер Интернет-провайдера, либо выделенный компьютер локальной сети. Первый вариант предполагает платную или бесплатную "хостинг"-аренду платформы ДО или аренду дискового пространства провайдера для создания собственной платформы ДО или хранения учебного ресурса, сайта. Второй - выделенный компьютер, сервер для обслуживания любых операционных процессов с платформой ДО, требующий всех необходимых системных протоколов и сервисов и доступный посетителям по локальной и, возможно, из внешних сетей.
Требования, предъявляемые к распределенным адаптивным электронным учебным ресурсам
Среди самостоятельно разрабатываемых программных средств образовательного назначения еще часто встречается недостаточно качественный информационный и программный продукт. До сих пор это связано с отсутствием, как в РФ, так и за рубежом, целостной и достаточно эффективной системы оценки качества учебных пособий вообще и электронных, в частности. Нормативная база Системы добровольной сертификации средств и систем в сфере информатизации (Р0ЄИНФОЄЕРТ) также явно недостаточна,, поскольку не регламентирует требования к составу и значениям основных характеристик качества и методов их оценки, не отражает саму технологию проведения экспертизы. Общая стратегия сертификации продукции в области информационных технологий реализуется Госстандартом РФ в лице ВНИИНМАШ, а в области образования, в соответствии с приказами Минобразования №1038 от 28.05.1998 и № 2409 от 22.09.1998, формируется отраслевым органом при МГТУ СТАНКИН. Эта деятельность, проводится-через сеть испытательных лабораторий и органов по сертификации.
В; течение ряда последних лет над проблемой оценки качества программных средств образовательного назначения (ПС ОН)? работал Отраслевой фонд алгоритмов и программ Государственного координационного центра информационных технологий. В процессе исследований на основе информационно-кибернетической модели учебного процесса с использованием средств информационных и коммуникационных технологий, модели экспертных суждений и принятия решения и модели экспертизы были разработаны основные положения теории оценки качества ПС ОН, оптимальная технология проведения; экспертизы, организационно-нормативные документы экспертизы и сертификации ПС ОН, методики оценки качества ПС. Другим методом решения этой проблемы является попытка применить международные, стандарты, такие как ISO серии 9000 [21] для создания качественного современного программного обеспечения для системы образования.
Основные требования, предъявляемые при оценки качества распределенных адаптивных электронных учебных ресурсов, можно условно разбить на две группы: 1) требования, заданные функциональным назначением системы; 2) требования, обусловленные распределенным характером системы. К первой группе требований можно отнести [42]: индивидуализация обучения (содержание и трудность учебного предмета должны соответствовать возрастным возможностям и индивидуальным особенностям обучаемых, программа должна включать динамическую модель обучаемого); наличие средства предварительного определения уровня подготовки обучаемого и настройки системы на определенный уровень квалификации пользователя (диагностика обучаемого перед началом работы с целью обеспечения индивидуализации обучения, а также оказания требуемой первоначальной помощи); открытость (возможность реализации любого способа управления учебной деятельностью; обеспечение возможности модификации); наличие многоуровневой организации учебного материала, базы знаний и банка заданий; целенаправленность (обеспечение обучаемого постоянной информацией о ближайших и отдалённых целях обучения, степени достижения целей); наличие инструментария, позволяющего настроить систему на предметную область путем внесения в нее прикладных знаний; обеспечение мотивации (стимулирование постоянной высокой мотивации обучаемых, подкрепляемой активными формами работы, высокой наглядностью, своевременной обратной связью); обеспечение систематической обратной связи; наличие развитой системы помощи (помощь должна быть многоуровневой, педагогически обоснованной, учитывающей характер затруднения и модель обучаемого); возможность документирования хода процесса обучения и его результатов; наличие интуитивно понятного дружелюбного интерфейса; включение средств контроля процесса обучения; поддержку различных форм и видов обучения (лекции, лабораторные и контрольные работы, практические занятия и т.п.); надёжность работы и системную целостность. К требованию открытости относится возможность заполнения, добавления и изменения обучающей системы данными по определенной предметной области. Для эффективной работы с такой системой необходимо качественное методическое обеспечение, содержание которого соответствует требованиям образовательных стандартов t России; т.е материал по заданной предметной области должен разрабатываться? с учетом- требований педагогики; психологии, информатики идругих наук.
Учебный ресурс должен содержать в себе все основные дидактические, методические, научные и информационно-справочные материалы, необходимые для самостоятельного изучения темы и подготовки к занятию, включать в себя заданную целевую установку, ориентированную на использование данного материала при дальнейшей профессиональной деятельности, иметь систему контроля и самоконтроля знаний. Основное внимание при контроле знаний студентов должно уделяться оценке-достижения ими обязательных образовательных стандартов, предусмотренных требованиями FOC и рабочих программ по изучению дисциплин.
С точки зрения, организации материала система; должна иметь модульный принцип и обязательное взаимодействие с обучающим (принцип интерактивности). Интерактивность должна лежать в основе контактов не только студентов с преподавателями, но и студентов между собой. И, конечно, самым основным требованием к функциям такой системы является постановка цели обучения:и задание критерия достижения этой цели.
Ко второй группе требований можно отнести в первую очередь поддержка распределенных данных. Среди наиболее существенных параметров оценки этих показателей: реализация платформенной И системной независимости; использование для представления информации единого стандартизированного формата; обеспечение возможности использования широко распространенных программных продуктов для работы с обучающей системой (например, браузеров Internet Explorer и Netscape Navigator); реализация средств защиты с целью обеспечения безопасности и соблюдения прав на интеллектуальную собственность.
Также система должна иметь возможность объединения разнородных программных средств, распределенных в сети, для решения поставленных задач и организация взаимодействия пользователей и системы через сеть. Для выполнения этих требований распределенная обучающая система должна иметь средства организации удаленного доступа к системе и включать средства межпроцессного взаимодействия.
Принципы организации контента
Общепринятым считается положение, согласно которому в состав учебного материала входят три компоненты: знания, умения, навыки. Термин «знания» употребляется в смысле учебной информации, подлежащей усвоению. Под умением понимают освоенный человеком способ выполнения действия, обеспечиваемый некоторой совокупностью знаний. Умение выражается в способности осознанно применить знания на практике. Навык представляет собой особое умение, сформированное путем повторения в различных условиях; при этом действие выполняется без активного контроля сознания.
Структуру знаний образуют структурные единицы изучаемого материала. Они представляют собой минимальные порции учебного материала, имеющие смысловую ценность на данном этапе изучения предмета. Расчленение изучаемого материала на структурные единицы происходит согласно- логике построения, а используются структурные единицы согласно логике использования, причем логика построения может отличаться от логики использования. Это обстоятельство влечет за собой необходимость переструктурирования единиц, что является очень трудной задачей для обучаемого. Чтобы перейти от логики построения к логике использования, необходимо осуществить глубокий анализ своих знаний и действий. Этот анализ можно назвать процессом усвоения знаний. Таким образом, учебная деятельность обучаемых включает в себя действия по уяснению содержания обучения и действия по его обработке.
Изложение учебного материала на лекциях и в учебниках основано на логике построения структурных единиц, а решение разного рода учебных задач происходит согласно логике их использования. Следовательно, необходимой компонентой учебного материала является система действий, выполняя которые обучаемый мог бы выявить логические связи изучаемой структурной единицы с теми, которые уже усвоены.
Способы действий, необходимых для усвоения элементов учебного материала, образуют структуру по вертикали. Она состоит из трех уровней. Нижний уровень усвоения составляют представления, средний уровень — понимание и высший уровень — собственно усвоение. Усвоение происходит только при определенном порядке восприятия и обработки содержания учебного материала. Нижний уровень составляют действия, выполнение которых способствует возникновению представлений об изучаемом элементе учебного материала в сознании обучаемого. Средний уровень составляют действия, способствующие установлению взаимосвязей между элементами учебного материала и выявлению его логической структуры. Эти действия являются- основой для осмысления и, следовательно, понимания, учебного материала.
Высший уровень — усвоение учебного материала — является результатом трех видов деятельности обучаемого: теоретической; практической и коммуникативной. Практическая учебная деятельность осуществляется в предметных действиях обучаемого, который читает, пишет, чертит, решает, вычисляет, наблюдает, подключает приборы, и т.д. Усвоению знаний способствует решение совокупности задач, которые раскрывают многообразие взаимосвязей между элементами учебного материала.
Итоговый уровень обученности можно рассматривать как меру соответствия- степени овладения обучаемым представляемыми в процессе обучения знаниями и приобретенными на их базе умениями и навыками требуемому идеальному объему и уровню, которые задаются, с. помощью образовательного стандарта.
Как правило, обозначают 3-4 уровня целей, которые отличаются глубиной проработки материала курса: генеральная (нулевой уровень), цели первого, второго, третьего и т.д. уровней. Такая структура получила название «дерева» дидактических целей. Цели курса определяют структуру и содержание всех компонентов курса (кроме требований) и объединяют их в «единое целое», что дает возможность обеспечить структурную, содержательную и методическую целостность учебного курса, выстроенного в соответствии с предлагаемой структурой учебной программы курса. А уровни усвоения удобно определять глаголами — иметь представление, знать, уметь, иметь опыт (владеть):
Цели первого уровня можно представить в виде: иметь представление + о чем? . Далее перечислены возможные варианты первого уровня целей — иметь представление: о круге проблем, в ряду которых находятся проблемы и вопросы данного курса; об обязательных для изучения модулях и разделах, а также возможности выбора «своего пути»; о возможных альтернативных подходах к рассмотрению проблем курса и соотношении с ними подхода, используемого в данном курсе; о современном состоянии научных дисциплин, являющихся основой для учебного курса, и перспективах их развития в будущем; об основных сферах применения получаемых знаний и связи курса с другими дисциплинами и о-его роли в подготовке обучающихся и т.д. Основная цель этого уровня заключается в .расширении круга значимых для обучающегося8 проблем.
Описание программного комплекса
Подавляющее большинство сетевых учебных курсов представляют собой структуры, не адаптированные к уровню и задачам обучения конкретного человека. Они очень неудобны также для корректировки или обновления информации, потому что при этом требуется исправлять внутренние связи и ссылки в учебном материале. Современная тенденция развития учебного процесса в вузах, постоянное изменение программ по различным дисциплинам свидетельствуют о необходимости разработки открытых, динамически расширяемых АОС с функциями адаптации к индивидуальным особенностям обучаемого. Реализация таких интеллектуальных обучающих систем основывается на модели предметной области, отраженной в базе знаний, ядром которой являются формализованные метазнания, позволяющие перестраивать ее структуру в зависимости от вновь поступающей информации.
Понятие многоуровневости означает способность системы обучать студентов различных уровней получения образования (например, бакалавров, специалистов и магистров) и специальностей. Понятие адаптивности реализовано с трех основных сторон: адаптация к предметной области, адаптация к отдельному обучаемому формируемых учебных материалов в зависимости от его исходного уровня знаний и конечной цели обучения, учитывающая интеллектуальные возможности индивидуума, и адаптация по уровню сложности тестовых вопросов при проводимом в процессе обучения контроле знаний.
Большинство из пунктов меню, расположенного слева имеет свои подпункты, позволяющие получить всю необходимую информацию относительно изучаемой дисциплины. Для примера на экране раскрыт пункт меню «Список литературы». Выбор нужного подпункта вызывает изменение текста в рабочей области окна. При выборе пункта «Учебные материалы» происходит аутентификация пользователя и поиск в базе данных его параметров.
Для усовершенствования структуры курса была предложена концепция многократно используемых объектов. Основная идея заключается в том, что весь учебный материал разбивается на небольшие порции, «кванты» информации. Все объекты располагаются в специальных хранилищах -репозиториях и собираются в учебный материал в ходе учебного процесса. По сути дела, учебный процесс - это программа, которую выполняет компьютер, поставляя обучающемуся нужные учебные блоки а, нужный момент - в зависимости от того, как складывается ситуация с обучением.
Каждый учебный объект предназначен для- многократного использования. Ограничений на размер учебного объекта нет, но объем заложенного в нем материала должен быть оптимальным для восприятия и законченным по смыслу. Для каждого учебного элемента дисциплины учебный объект включает в себя не только текстовый учебный материал для приобретения необходимых знаний, но и разобранные практические задания для приобретения необходимых умений и задания для самостоятельного изучения для развития навыков. В нее входят также элементы взаимосвязи студент-студент, студент-преподаватель. Для реализации адаптивного обучения каждый учебный элемент представляется на трех уровнях изложения материала (аналогичным образом подбираются и все задания).
Особую роль в учебном объекте играют тесты, потому что в гибкой, адаптивной обучающей системе все подотчетно. Тест входного контроля выявляет начальный уровень знаний студента и определяет соответствующий им уровень обучения. Рубежный тест устанавливает объем сведений, фактически усвоенный студентом в процессе изучения материала. Поэтому от него зависит, какой следующий учебный материал будет доставлен студенту. Если в результате этого теста получена, например, неудовлетворительная оценка, то студент повторно изучает плохо усвоенную информацию на более детализированном уровне.
Из учебных объектов нужного размера и содержания выстраивается необходимый учебный материал, соответствующий уровню стартовых знаний и запросам обучающегося. Это значит, что ресурсы (текстовый, материал, тесты, задачи) поставляются конкретному студенту, в нужном ему порядке. Последовательность называется простой, потому что предлагает студенту ограниченный набор действий. Этот набор определяется тем, насколько усвоен учебный материал, то есть последовательность выстраивается "под учащегося".
