Фундаментальные исследования. Успехи современного естествознания Возможности компьютерных обучающих систем

Существует большое многообразие компьютерных систем обучения по функциональному назначению и техническому исполнению. Однако общим для всех является их состав: любая компьютерная система содержит в комплексе как аппаратные, так и программные средства (схема 4). Для реализации КО требуется две части: информационно-вычислительная техника (аппаратные средства) и программное обеспечение - набор программ разного назначения.
Программное обеспечение - мозг системы. Это управляющая среда, которая в зависимости от возникающей ситуации адекватно реагирует на действия обучаемого. Компьютерная программа учебного назначения - это любое программное средство, специально разработанное для применения в обучении. Выше были охарактеризованы основные типы программ по их дидактическому назначению.
Уровень компьютерной системы обучения в равной степени определяется не только программой, но и аппаратной составляющей. Под аппаратурой понимается ЭВМ как совокупность оборудования и средств, обеспечивающих ввод-вывод, модификацию текстовой, графической, аудио- и видеоинформации. Основными компонентами аппаратуры являются тип процессора, тип шины (магистрали), размер и характеристики памяти, параметры внешних носителей информации, звуковые адаптеры, видеоадаптеры, периферия.
В настоящее время в развитии аппаратных средств открылось «второе дыхание»: появляются принципиально новая компьютерная техника, различные конфигурации технических и компьютерных средств. Одним из перспективных направлений в этом плане является использование компьютера как универсального комплексного технического средства, способного выполнять функции книги, пишущей машинки, магнитофона, радио, кино, видеостенки, видеодоски и др.
ЭВМ, которые используются в учебном процессе, должны быть надежными и обеспечивать решение всех задач, встречающихся в учебных курсах. Они могут иметь разное быстродействие и память, но должны обеспечивать высокую степень готовности. Последнее чрезвычайно важно, так как даже частичный отказ может привести к срыву учебного процесса.
Интенсивное развитие микроэлектроники привело к значительному расширению возможностей и одновременному удешевлению вычислительной техники. Это обеспечивает ее повсеместное распространение. Теперь персональные компьютеры стали действительно персональными в полном смысле этого слова. Они уверенно входят в школьную и повседневную жизнь, как когда-то радио и телевизоры.
Можно назвать несколько причин успеха персональных компьютеров. Одна из главных - простота использования, обеспеченная с помощью диалогового способа взаимодействия с компьютером, удобных и понятных интерфейсов программ (меню, подсказки, «помощь» и т.д.). Возможность индивидуального взаимодействия с компьютером без каких-либо посредников и ограничений - это другая причина. В качестве «технических» причин выделим следующие. Во-первых, относительно высокие возможности по переработке информации (типичная скорость - несколько десятков миллионов операций в секунду, емкость оперативной памяти - от нескольких Мбайт до сотен Мбайт, емкость жестких дисков - до десятков Гбайт). Во-вторых, высокая надежность и простота ремонта, которые основаны на интеграции компонентов компьютера. В-третьих, возможность расширения и адаптации к особенностям применения компьютеров: один и тот же компьютер может быть оснащен различными периферийными устройствами и мощными системами для разработки нового программного обеспечения.
Нынешнее состояние компьютерных систем обучения характеризуется противоречивыми тенденциями. С одной стороны, колоссальный рост числа компьютеров, используемых в обучении, а с другой- их несовместимость. Например, приобретая ту или иную модель компьютера, школа не всегда может воспользоваться программным обеспечением, предназначенным для других моделей. Современное состояние компьютерного обучения имеет большой разрыв в качестве обучающих программ; рынок наводнен примитивными программами, которые не повышают эффективность обучения, а нередко дают и отрицательный результат.
Развитие техники идет колоссальными темпами; появляются разновидности компьютерного обучения с привлечением автоматизированных обучающих систем (АОС). Работа над системами ведется во многих научно-педагогических центрах.
Следует различать компьютерные системы обучения автономного режима и сетевые (дистантные).
Когда обучаемый расположен в непосредственной близости от компьютера как источника знаний - в этом случае говорят о системе обучения, работающей в автономном режиме. Совершенно новые перспективы открывают для КО телекоммуникационные сети и интеллектуальные обучающие системы (ИОС), Объединение таких систем и сетей уже сегодня позволяет создавать как локальные вычислительные сети (ЛВС), так и глобальные системы дистанционного образования.
Основной мотивацией усилий по разработке ИОС является желание ускорить процесс обучения за счет целенаправленного, методически грамотного курса, использующего современные достижения педагогов, и неявного стремления снизить затраты на образование, сделать его унифицированным и независимым от квалификации педагога.
Существует большое разнообразие ЛВС, построенных по различным принципам и структурам. Они позволяют коллективно использовать периферийное оборудование (принтеры, плоттеры, жесткие диски большой емкости), дорогостоящее лицензионное, а также программное обеспечение. Но не эти преимущества являются первостепенными. Основное - необходимость рационального использования аппаратных средств. Имеющийся парк персональных компьютеров, как правило, пополняется лишь единицами новых. В результате оказывается большое их разнообразие, имеющее различные графические и другие возможности. ЛВС позволяет с минимальными затратами модернизировать устаревшие компьютеры, а следовательно, более экономно расходовать средства.
Самое значительное преимущество ЛВС заключается в возможности использования практически неограниченного объема информации глобальной компьютерной сети под названием INTERNET (ИНТЕРНЕТ). ИНТЕРНЕТ - это уникальное средство доступа к информации на мировом уровне по разным сферам деятельности человека- экономике, технике, науке, культуре, образовании. База данных ИНТЕРНЕТА используется для ознакомления с новейшими зарубежными публикациями, каталогами фирм-производителей современной компьютерной продукции и т.д., что особенно актуально в условиях сокращающегося потока традиционных носителей информации. ИНТЕРНЕТ - это перспективное средство дистанционного образования.
В настоящее время интенсивно разрабатываются автоматизированные заочные (дистантные) компьютерные системы обучения, в том числе и на основе ИНТЕРНЕТА. Изучение наук в этом случае реализуется посредством общения обучающегося заочно, через компьютерную сеть не только с компьютером, но и с преподавателем, напрвляющим учебный процесс. Здесь успех в значительной степени зависит от модератора (преподавателя, курирующего учебный процесс). Он обеспечивает успешное начало, обучение и помощь на начальной стадии, поддержку в разработке, развитии и завершении темы.
Сетевые компьютерные обучающие системы позволяют индивидуальным пользователям, находящимся на своих рабочих местах или дома, иметь доступ не только к мощным академическим сетям, но и подсоединяться к новейшим сетевым (мультимедийным) средствам обучения. Производители последних разрабатывают продукт с высокой степенью стандартизации и совместимости, распространения его в масштабах всей национальной системы образовании. Современные локальные академические сети (ЛВС и другие) подключаются к национальным. Местные академические сети посредством баз данных и баз знаний обеспечивают широкий спектр учебного материала и учебных пособий.
Укажем некоторые приоритетные направления в развитии компьютерных сетей:
1) локальные и региональные сети ЭВМ;
2) электронная почта;
3) телеконференции;
4) электронные журналы;
5) распределение базы данных;
6) электронные библиотеки;
7) экспертные системы;
8) настольные издательские системы;
9) электронные учебники;
10) обучающие системы на основе мультимедиаподхода (при лекционной форме обучения) и др.
Аппаратные и программные средства в компьютерных системах обучения тесно взаимосвязаны между собой, об этом можно судить по, признаку классификации обучающих программ на три уровня. При работе с программами первого уровня обучаемый читает текст на экране монитора, который прерывается контрольными вопросами. На них нужно ответить, выбрав правильный ответ из нескольких предложенных.
Учебные программы второго уровня уже предполагают возможность использования двухмерной графики, простого звукового ряда, логического ответа обучаемого. В этом случае формы представления информации на экране - текстовая и графическая.
Учебные программы третьего уровня представляют информацию в трехмерной компьютерной графике, со звуко- и видеорядом. Одновременное использование различных средств представления информации и обозначают термином «мультимедиа». Информация на компьютере может быть представлена в виде печатного текста, озвученного текста, таблицы, графика, диаграммы, карты, фотографии, картины, мультипликационного или видеофрагмента. Разнообразие форм представления и неограниченные объемы информации, возможность многократного обращения и повторения одного и того же материала, установления индивидуального темпа работы, «дружелюбная» форма общения и другие характеристики компьютера делают его незаменимым средством обучения по любой дисциплине.
Опыт применения мультимедиа в системе образования выявил главные преимущества этой системы, которые развиваются по мере совершенствования как аппаратных, так и программных средств. Они состоят в наличии точек разветвления в программе, что позволяет обучаемым регулировать процесс восприятия информации, либо вернуться назад для повторения материала, либо перейти к любой другой точке разветвления. Чем больше таких точек, тем выше интерактивность программы и ее гибкость в процессе обучения. Другое важнейшее преимущество - аудио-сопровождение (стерео- и квадро) учебной информации. Еще более эффективным является сочетание аудиокомментариев с видеоинформацией или анимацией. Значительно повышает качество восприятия информации музыкальное сопровождение учебного процесса.
По мнению ведущих экспертов в этой области, системы обучения на мультимедиа совершенствуются в двух направлениях: как по линии программных средств, так и аппаратных. Уже сейчас многие производители персональных компьютеров включают в конфигурацию как стандартную периферию голосовые синтезаторы и всевозможные адаптеры.
Поток мультимедийных материалов, имеющихся сейчас в ИНТЕРНЕТЕ, становится все более мощным, эффективным средством образования. ИНТЕРНЕТ дает шанс общаться через мировую компьютерную сеть, обсуждать результаты научного поиска на постоянно действующих семинарах, проводимых периодически конференциях без выезда на место их проведения и многое другое. Огромный опыт применения мультимедиа накоплен в западной системе образования.
Однако существуют проблемы, которые в определенной мере препятствуют прогрессу в этой области в ряде стран, в том числе и в Беларуси. Доступ в ИНТЕРНЕТ все еще очень дорог. Достаточно сложно использовать модем для того, чтобы связаться с удаленным сервером, компьютер не подключен в локальную сеть. Для того, чтобы загрузить графику, аудио- и видеофайлы, требуется высокоскоростной компьютер и сеть. Те, у кого компьютеры устаревшей конфигурации, могут испытывать неудобства в работе из-за того, что загрузка файлов, доступ к ИНТЕРНЕТ осуществляются очень медленно. Работа в системе Web обычно требует большого количества памяти ЭВМ и некоторые компьютеры приходится модернизировать или заменять для того, чтобы пользоваться нужными программами (например, Mosaic или Netscape).
Компьютерные технологии развиваются очень быстро и, видимо, в скором времени как компьютеры, так и программное обеспечение станут достаточно дешевыми и скорость передачи информации в сети значительно увеличится. Все это будет способствовать беспрепятственному доступу к международной сети преподавателей, студентов, школьников и, в результате, - более эффективному их обучению.

с учетом истории развития компьютерного обучения различают два вида компьютерных обучающих систем: традиционные и интеллектуальные. Основные особенности интеллектуальных обучающих систем (ИОС): управление учебной деятельностью с учетом всех ее особенностей на всех этапах решения учебной задачи, начиная от постановки и поиска принципа решения и заканчивая оценкой оптимальности решения; обеспечение диалогового взаимодействия, как правило, на языке, близком к естественному. В ИОС индивидуализированное обучение осуществляется на основе динамической модели учащегося. Благодаря тому, что компьютер может объяснить свои действия, а учащийся получает возможность увидеть результаты этих действий, появляются новые возможности в осуществлении учащимися рефлексии своей деятельности. Допускается постановка учащимися учебных задач и управление процессом их решения. ИОС позволяют обеспечить распределение управляющих функций между компьютером и учащимся, передавая последнему, по мере формирования учебной деятельности, новые обучающие функции и обеспечивая тем самым оптимальный переход от учения к самообучению. В ИОС, в отличие от традиционных систем компьютерного обучения, решения заранее не программируются, а в соответствии с заложенной в нее системой правил организуют управление учебной деятельностью как эвристический процесс. Наряду с ИОС, в состав которых входят экспертные системы, широкое распространение получили так называемые пассивные ИОС (компьютерные учебные среды, микромиры), построенные по принципу «учение без обучения» (ЛОГО). Система компьютерного обучения включает техническое (компьютер), программное и учебное обеспечение. Процесс обучения может поддерживаться многими программами. Комплекс программ, выполняющих одну или несколько взаимосвязанных функций в процессе обучения, называют модулем. ИОС содержат, как правило, следующие модули: эксперт, педагогический модуль (обеспечивающий управление учением), модель учащегося, пользовательский интерфейс.

Компьютерные обучающие программы (КОПР) - это электронные гипертекстовые учебники с диалоговыми функциями и элементами мультимедиа, которые предназначены для самостоятельной работы студентов с учебным материалом; эффективны при дистанционной технологии обучения.

КОПР дополняют традиционные учебные материалы, используя возможности современных компьютерных технологий.

Они включают в себя:

теоретический материал

разбор решения типовых задач и поясняющие примеры

графические и анимационные материалы

тесты для самоконтроля и контроля знаний

необходимые дополнительные и сервисные средства.

Можно выделить наиболее распространенные типы компьютерных средств :

Презентации - наиболее распространенный вид представления демонстрационных материалов (бла-бла)

Электронные энциклопедии объединяют функции демонстрационных и справочных материалов и являются электронным аналогом обычных справочно-информационных изданий, таких, как энциклопедии, словари, справочники. Для создания таких энциклопедий обычно используются гипертекстовые системы и языки гипертекстовой разметки, например HTML.

Обладают рядом дополнительных возможностей:

Обычно поддерживают удобную систему поиска по ключевым словам и понятиям;

Имеют удобную систему навигации на основе гиперссылок;

Могут включать в себя аудио- и видеофрагменты.

Дидактические материалы (сборники задач, диктантов, упражнений, примеров, рефератов и сочинений), представленные в электронном виде. Также к дидактическим материалам можно отнести программы-тренажеры, например, для решения математических задач или для заучивания иностранных слов.

Программы системы контроля знаний , такие, как опросники и тесты. Позволяют быстро, удобно, беспристрастно и автоматизировано обработать полученные результаты.

Электронные учебники и электронные учебные курсы объединяют в единый программный комплекс все или несколько вышеописанных типов обучающих программ. Например, обучаемому сначала предлагается просмотреть обучающий курс (презентация); на следующем этапе он может поставить виртуальный эксперимент на основе знаний, полученных при просмотре обучающего курса; а в завершение он должен ответить на набор вопросов.

Обучающие игры и развивающие программы в основном ориентированы на дошкольников и младших школьников. К этому типу относятся интерактивные программы с игровым сценарием. Выполняя разнообразные задания во время игры, дети развивают тонкие двигательные навыки, пространственное воображение, память и другие умения.

В результате работы с программным обеспечением различного типа выделим следующие принципы выбора программного продукта для использования на уроке:

1) Программа должна быть понятна с первого знакомства как преподавателям, так и ученикам. Управление программой должно быть максимально простым.

2) Преподаватель должен иметь возможность компоновать материал по своему усмотрению и при подготовке к уроку заниматься творчеством.

3) Программа должна позволять использовать информацию в любой форме представления (текст, таблицы, диаграммы, слайды, видео- и аудиофрагменты и т.д.).

Учебно-методический комплекс – система нормативной и учебно-методической документации, средств обучения и контроля, необходимых и достаточных для качественной организации основных и дополнительных образовательных программ, согласно учебного плана. УМК учебной дисциплины является одним из элементов организации образовательной деятельности по очной, заочной и очно-заочной форм обучения. УМК должен разрабатываться для студентов по всем учебным дисциплинам с учетом необходимости повышения качества усвоения содержания учебного материала на уровне требований ГОС ВПО.

Основная цель создания УМК - предоставить студенту полный комплект учебно-методических материалов для самостоятельного изучения дисциплины. При этом, помимо непосредственного обучения студентов, задачами преподавателя являются: оказание консультационных услуг, текущая и итоговая оценка знаний, мотивация к самостоятельной работе.

1

Проведен анализ компьютерных обучающих систем, выявлены основные проблемы в их построении. Основной проблемой является построение модели обучаемого, существует большое количество данных моделей, однако они слабо учитывают психофизиологические особенности и характеристики обучаемого и, как правило, не используются при формировании структуры образовательных ресурсов и их содержания, что снижает эффективность применения компьютерных обучающих систем. Построение моделей предлагается строить в виде семантической сети, которая отличается от других моделей наглядностью и простотой представления знаний, наличием механизмов их структуризации и соответствием современным представлениям об организации памяти человека. Создание и совершенствование компьютеров привело и продолжает приводить к созданию новых технологий в различных сферах научной и практической деятельности. Несмотря на бурное развитие в настоящее время компьютерных обучающих систем, существует масса проблем, связанных как с их разработкой, так и с внедрением и эффективностью использования данных обучающих систем. Основной проблемой при создании адаптивных обучающих систем является сложность в построении такой программной среды, которая могла бы «понять» человека.

компьютер

обучение

обучаемый

образование

алгоритм

1. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. – М.: Филинъ. – 2003. – 430с.

2. Брусиловский П.Л. Построение и использование моделей обучаемого в интеллектуальных обучающих системах // Известия РАН. Техническая кибернетика. – 1992. – № 5. – С. 97–119.

3. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. –СПб.: Питер, 2000. – 384 с.

4. Голенков В.В., Емельянов В.В., Тарасов В.Б. Виртуальные кафедры и интеллектуальные обучающие системы // Новости искусственного интеллекта. – 2001. – № 4. – С. 3–13.

5. Петрушин В.А. Обучающие системы: архитектура и методы реализации (обзор) // Известия РАН. Техническая кибернетика. – 1993. – № 2. – С. 164–190.

6. Петрушин В.А. Экспертно-обучающие системы. – Киев: Наукова Думка, 1992. – С. 196.

7. Пименов В. И. Алгоритмическое обеспечение инструментального комплекса для формирования знаний о технологических процессах // Известия вузов. Приборостроение. – 2009. – № 1. – С. 3–9.

8. Рыбина Г.В. Обучающие интегрированные экспертные системы: некоторые итоги и перспективы/ Искусственный интеллект и принятие решений. – 2008. – № 1. – С. 22–46.

9. Фролов Ю.В., Махотин Д.А. Компетентностная модель как основа оценки качества подготовки специалистов // Высшее образование сегодня. – 2004. – № 8. – С. 34–41.

Создание и совершенствование компьютеров привело и продолжает приводить к созданию новых технологий в различных сферах научной и практической деятельности. Одной из таких сфер стало образование - процесс передачи систематизированных знаний, навыков и умений от одного поколения к другому. Будучи само по себе мощной информационной сферой, которая владеет опытом использования различных классических (не компьютерных) информационных систем, образование быстро откликнулось на возможности современной техники.

На наших глазах возникают нетрадиционные информационные системы, связанные с обучением; такие системы естественно называть информационно-обучающими.

Автоматизированные обучающие системы - это системы, помогающие осваивать новый материал, производящие контроль знаний, помогающие преподавателям готовить учебный материал .

Цель исследования: провести анализ компьютерных обучающих систем, выявить основные проблемы в их построении, разработать подмодели компьютерной обучающей системы для повышения квалификации.

Современные исследования в области применения компьютеров в обучении развиваются в основном в рамках нескольких основных направлений, которые можно обозначить следующим образом: интеллектуальные обучающие системы; учебные мультимедиа и гипермедиа; учебные среды, микромиры и моделирование; использование компьютерных сетей в образовании; новые технологии для обучения конкретным дисциплинам.

Несмотря на бурное развитие в настоящее время компьютерных обучающих систем, существует масса проблем, связанных как с их разработкой, так и с внедрением и эффективностью использования данных обучающих систем.

Рассматривая проблему разработки компьютерных систем обучения в целом, нельзя не упомянуть о следующей важной особенности, подмеченной В.Л. Стефанюком , - это выделение двух основных процессов: обучение как learning и обучение как tutoring (рисунок).

Классификация интеллектуальных систем компьютерного обучения

Направление learning (обучающиеся системы) - это самообучение, обучение с учителем, адаптация, самоорганизация и т.д., поэтому при разработке обучающих систем исследуются модели, демонстрирующие способности адаптации к окружающей среде путем накопления информации. Направление tutoring (обучающие системы) тесным образом связано с вопросами «кого учить» (модель обучаемого), как и «чему учить» (модель обучения) и даже «зачем учить», т.е. здесь исследуются модели передачи информации и знаний от учителя с помощью компьютера.

Поскольку в области педагогики нет общепринятых теорий и алгоритмов обучения, нет формальных моделей обучаемого, обучения, учебных воздействий, объяснений и т.д., то надежды возлагаются в основном на логико-лингвистические модели. Взаимопроникновение интеграционных процессов искусственного интеллекта и педагогики выразилось в интеллектуальных обучающих системах, а также в обучающих интегрированных экспертных системах, в необходимости введения дополнительных средств, позволяющих поддерживать модель обучаемого, в соответствии с которой педагог на стратегическом уровне определяет текущую подцель обучения, а также средств, реализующих конкретную модель обучения в виде совокупности учебных воздействий на тактическом уровне и обеспечивающих преподавателю возможность наблюдения за действиями обучаемого и оказания ему необходимой помощи .

Г.А. Атанов в книге «Деятельностный подход в обучении» пишет о том, что моделирование знаний об обучаемом преследует три основные цели - установление того, «каков он есть», «каким его хотим видеть» и «каким он может стать». Иногда в нормативную модель обучаемого включают предметное знание и умение по конкретной дисциплине/курсу или рассматривают пятикомпонентную предметную модель как часть нормативной модели и т.п.

Основной проблемой при создании адаптивных обучающих систем является сложность в построении тако й программной среды, которая могла бы «понять» человека . Поэтому большинство разработок в данной области строится на создании моделей обучаемых с последующим описанием и построением всевозможных гипотез (работы А.Г. Гейна, Б.С. Гершунского, В.П. Зинченко, А.В. Осина, С.В. Панюковой, И.В. Роберт, и др.). Моделям присваивается определенный набор характеристик, которые впоследствии влияют непосредственно на построение самой обучающей системы. Существует достаточно большое количество моделей обучаемого, однако они слабо учитывают психофизиологические особенности и характеристики обучаемого и, как правило, не используются при формировании структуры образовательных ресурсов и их содержания, что снижает эффективность применения компьютерных обучающих систем .

С этой точки зрения, модель обучаемого и соответственно реализуемая на базе применения технологий адаптации структура данных систем, должны учитывать модальность обучаемого; тип его темперамента; текущее психо-эмоциональное состояние обучаемого. Особый интерес представляет определение текущего психо-эмоционального состояния обучаемого. В качестве реальных инструментов, определяющих психо-эмоциональное состояние, можно выделить две большие группы:

1. Тесты и тестирующие программы.

2. Специальные аппараты или системы.

В современных работах по компьютерным обучающим системам практически отсутствуют исследования, связанные с формированием модели компетенций обучаемого, отражающей его способности применять знания и личностные качества для успешной деятельности в конкретной профессиональной области, что является новым процессом в рамках создания и использования данных систем. Эта модель может рассматриваться как новый динамический компонент модели обучаемого, тесно связанный, с одной стороны, с психологическим портретом личности, а с другой - отражающий результаты использования конкретных обучающих воздействий.

Существуют различные подходы к моделированию содержания образования как сложной системы, способы представления семантической информации, проблемы, возникающие при разработке систем, основанных на знаниях, и наиболее распространённые модели их представления. Для представления знаний в интеллектуальных системах существуют различные способы, наличие которых вызвано, в первую очередь, стремлением с наибольшей эффективностью представить знания, относящиеся к различным предметным областям .

Способ представления знаний в большинстве случаев реализуется с помощью соответствующей модели. Основные типы моделей представления знаний делятся на логические (формальные), эвристические (формализованные) и смешанные.

На основе системного анализа интеллектуальных моделей представления знаний в качестве основного средства решения указанных дидактических задач в области информатики выбрана модель в виде семантической сети, которая отличается от других моделей наглядностью и простотой представления знаний, наличием механизмов их структуризации и соответствием современным представлениям об организации памяти человека.

Проделав системный анализ интеллектуальных моделей, можно сделать вывод о том, что в модель компьютерной обучающей системы для повышения квалификации необходимо включить построение трех следующих подмоделей: модель обучаемого (М1), модель процесса обучения (М2), модель объяснения (МЗ) .

Модель М1 включает следующие компоненты: в простейшем случае - учетную информацию об обучаемом, а в более сложных - психологический портрет личности обучаемого (Ph); начальный уровень знаний и умений обучаемого (); заключительный уровень знаний и умений обучаемого (); алгоритмы выявления уровней знаний и умений обучаемого (А); алгоритмы психологического тестирования для выявления личностных характеристик, на основании которых формируется психологический портрет личности обучаемого (АPh). Под термином «знания», в соответствии с точкой зрения О.И. Ларичева, понимается теоретическая подготовленность обучаемого (декларативные знания), а под термином «умения» - умение применять теорию при решении практических задач (процедурные знания) .

Для реализации алгоритмов А и АPh при формировании модели М1 использован следующий набор процедур тестирования обучаемого: процедура ввода исходной информации (контрольных вопросов, вектора правильных ответов и весовых коэффициентов по каждому вопросу); процедура вывода вопросов и вариантов ответов в процессе проведения контроля знаний; процедура формирования оценки; процедура вычисления итоговой оценки. Модель М1 содержит информацию о состоянии знаний обучаемого (модели , ) ─ как общие, интегрированные характеристики, так и те, которые отражают усвоение им текущего учебного материала.

В общем виде модель обучаемого представляет собой конечный ориентированный граф, который может быть описан в виде Мобучаемого = , где V = - множество вершин, которые в свою очередь делятся на - множество изучаемых понятий, n - количество изучаемых понятий, элемент , i = 1, …, n, где N - изучаемое понятие; Т = (0, 1), принимает значения знает/не знает; W = (0, ..., 10) - вес вершины; - множество умений, относящихся к данной модели, m - количество соответствующих умений, элемент , j = 1, …, m, где N -изучаемое умение; Т = (0, 1), принимает значения умеет/не умеет; W = (0, ..., 10) - вес вершины; U = {uj} = , j = 1, …, m - множество связей между вершинами, где Vk - родительская вершина; Vl - дочерняя вершина; R = {Rz} - тип связи; z = 1, …, Z.

В настоящее время разработана библиотека оценочных алгоритмов, гибко использующихся при проведении тестирования обучаемых в зависимости от специфики курса/дисциплины и контингента обучаемых. Например, эффективно применяется метод, основанный на сбалансированной оценке Т. Робертса для вопросов закрытого типа и дополненный возможностью произвольного задания степени строгости оценивания, а также взвешиванием вопросов коэффициентами сложности, получаемыми на основе экспертной оценки. Под сбалансированностью в данном случае понимается независимость математического ожидания оценки от числа правильных и неправильных ответов, полученных на этот вопрос случайным образом.

Для формирования модели обучаемого М1 используется эталонная модель Ме, соответствующая уровню знаний преподавателя о конкретном разделе изучаемого курса, с которой будут сравниваться получаемые на этапе построения М1 результаты. Формально эталонная модель Ме, как и модель обучаемого, представляет собой ориентированный граф, т.е.совокупность вида Ме = .

Динамическое построение модели обучаемого М1 осуществляется путем сравнения текущей М1 с предварительно построенной преподавателем эталонной моделью Ме. Важно отметить, что на этом этапе наряду с выявлением уровня знаний и умений осуществляется построение психологического портрета личности.

Модель процесса обучения содержит знания о планировании и организации (проектировании) процесса обучения, общих и частных методиках обучения, поэтому предложенная модель М2 включает следующие компоненты: совокупность моделей М1; совокупность стратегий обучения и обучающих воздействий; функцию выбора стратегий обучения или генерации стратегий обучения в зависимости от входной модели М1.

Отметим при этом, что управление обучением осуществляется на основе некоторого плана, который либо выбирается из библиотеки стратегий обучения, либо генерируется автоматически на основе параметров М1, причем каждая стратегия обучения состоит из определенной последовательности учебных воздействий.

Теоретико-множественное описание адаптивной модели М2 представляет собой совокупность вида М2 = , где М1 = {М11, …, М1n} - множество текущих моделей обучаемого; S = {S1, …, Sn} - множество стратегий обучения Si, i = 1, …, m, в виде упорядоченных подмножеств множества обучающих воздействий для той или иной модели обучаемого; I = {I1, …, Iz} - множество обучающих воздействий Ij, где Ij = {tkil} tk - тип обучающего воздействия, а il - содержание воздействия, j = 1, …, z; k = 1, …, c; l = 1, …, v; F - функции (алгоритмы) генерации стратегий обучения в зависимости от входной модели обучаемого, т.е. M2 = F(M1, Mе, I), где Мe - эталонная модель курса (дисциплины), заданная преподавателем.

Модель объяснения (М3) разрабатывается исходя из того, что существующие способы реализации методов объяснения в традиционных компьютерных системах не в полной степени удовлетворяют целям обучения, в частности, моделям Ml и М2, поэтому модель М3, ориентированная на продукционные модели представления знаний, включает следующие компоненты:

М3G - целевые процедуры, обеспечивающие объяснение хода решения задачи путем генерации на экране дисплея текстов объяснений, содержащих описания правил, использованных в выводе (записанные объяснения), а также локализацию ошибок обучаемого при решении текущей задачи;

М3D - процедуры детальности объяснения, позволяющие в зависимости от уровня знаний обучаемого визуально иллюстрировать ход решения задачи с разной степенью детализации;

М3A - алгоритмы интерпретации результатов процессов выявления умений обучаемого реализовывать механизмы прямого/обратного вывода, включая возможность предоставления дополнительной информации об объектах проблемной области и их связях.

Модели М1, М2, М3 полностью специфицируют типовую задачу обучения с помощью конкретных процедур и функций, а также указывают на наличие определенных взаимосвязей. Другими словами можно сказать, что для успешной реализации и функционирования компьютерной системы повышения квалификации специалистов необходимо, чтобы в состав ее модели входили следующие функциональные возможности:

Построение модели обучаемого (с учетом психологического портрета личности, ее образовательного запроса и уровня первоначальных знаний) и эталонной модели курса;

Построение модели процесса обучения, сущность которой заключается в динамической модификации стратегии обучения в соответствии с текущей моделью обучаемого и последующей генерации совокупности обучающих воздействий, наиболее эффективных на данном этапе обучения с учетом психологических особенностей обучаемых;

Контроль деятельности обучаемого и генерация управляющих решений для соответствующей корректировки действий обучаемого с целью достижения им поставленных целей обучения;

Построение модели объяснения для оценки логики принятия решений, результатов вычислений, объяснение неправильной альтернативы или этапа решения задачи.

Рецензенты:

Карелин В.П., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой математики и информатики НОУ ВПО «Таганрогский институт управления и экономики» (ТИУ и Э), г. Таганрог;

Кирьянов Б.Ф., д.т.н., профессор кафедры прикладной математики и информатики, ФГБОУ ВПО «Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого», г. Великий Новгород;

Антонов А.В., д.т.н., профессор, декан факультета «Кибернетика» Обнинского института атомной энергетики Национального исследовательского ядерного университета МИФИ Министерства образования и науки Российской Федерации, г. Обнинск.

Работа поступила в редакцию 30.10.2013.

Библиографическая ссылка

Лященко Н.И. АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ КОМПЬЮТЕРНЫХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ. ПОСТРОЕНИЕ ПОДМОДЕЛЕЙ В КОМПЬЮТЕРНОЙ СИСТЕМЕ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ СПЕЦИАЛИСТОВ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-10. – С. 2153-2157;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32726 (дата обращения: 19.09.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

История появления программ компьютерного обучения

Компьютерные технологии обучения в педагогике появились с появлением промышленных компьютеров в образовательных учреждениях. Первой обучающей системой на основе мощной ЭВМ фирмы Control Data Corporation была система Plato, разработанная в США в конце 1950-х гг., которая развивалась в течение 20 лет. Массовым создание и использование обучающих программ стало с начала 1980-х гг. с появлением и широким распространением персональных компьютеров. С тех пор применение ЭВМ для математических расчетов было оттеснено на второй план, а основным их применением стали образовательные функции и обработка текстов и графики.

С появлением примеров программ компьютерного обучения к их созданию приступило огромное количество педагогов, в основном специалистов по техническим наукам. В разрабатываемых программах реализовывался практический опыт преподавания конкретных дисциплин с помощью персональных компьютеров. В силу того, что педагоги-теоретики долгое время не принимали участие в разработке принципов этого нового направления в обучении, до сих пор нет общепризнанной психолого- педагогической теории компьютерного обучения. Таким образом, компьютерные обучающие программы создаются и применяются без необходимого учета принципов и закономерностей обучения.

Возможности компьютерных обучающих систем

Современный персональный компьютер может находить применение в обучении практически всем обучающим дисциплинам.

Возможности персонального компьютера в обучающей деятельности состоят в:

• интерактивном (диалоговом) режиме работы;
• «персональности» (небольшие размеры и доступная стоимость, которые позволяют обеспечить компьютерами учебный класс);
• высоких графических и иллюстративных возможностей;
• простоте управления;
• легкость регистрации и хранения информации о процессе обучения учащегося;
• возможность копирования и размножения обучающих программ.

При использовании персонального компьютера в качестве обучающего средства, его технические возможности:

• активизируют учебный процесс;
• индивидуализируют обучение;
• смещают акценты от теоретических знаний к практическим;
• повышают наглядность в предъявлении материала;
• повышают интерес учеников к обучению.

Диалоговый характер работы компьютера и его персональность позволяет активизировать обучение. При традиционном классном обучении на уроке активно работает 20–30% учащихся. При обучении в компьютерном классе работа с компьютерной обучающей программой стимулирует учеников к деятельности и позволяет контролировать ее результаты.

При организации компьютерного обучения каждый ученик может выбирать подходящий для него темп обучения. Для более глубокого и тонкого учета индивидуальных особенностей учащихся разработаны компьютерные программы, с помощью которых ведется обучение – педагогические программные средства (ППС):

• проведение начального теста дает возможность программе определить уровень обученности ученика, что позволяет соответственно этому уровню предлагать теоретический материал, вопросы и задачи, подсказки и помощь;
• легкий (базовый) уровень позволяет обучить слабых учеников, изложить теоретические сведения максимально упрощено, представить легкие вопросы и задачи, помощь имеет вид прямой подсказки;
• сложный уровень для обучения сильных учеников: теория излагается углубленно, предлагается решение творческих задач, которые требуют изобретательности и интуиции, помощь имеет вид наводящего на правильный путь сообщения.

Между легким и сложным уровнем обучающая программа может учитывать более тонкое деление подготовленности учащихся.

Определение 1

Компьютерные обучающие системы (КОС) – это специально разработанные программные модули, которые применяются в образовательном процессе и предназначены для управления познавательной деятельностью обучаемого, формирования и совершенствования его профессиональных знаний, умений и навыков.

Виды компьютерных обучающих систем

Существуют следующие виды КОС:

Интерактивная обучающая система – это компьютерная программа, которая предназначена для обучения и проверки знаний обучаемого в диалоговом режиме с применением современных средств компьютерного дизайна и технологии мультимедиа.

Интерактивная обучающая система может работать в нескольких режимах:

• Обучение – предоставляет учебно-теоретический материал, оснащенный рисунками, схемами и видеофрагментами. В конце каждого раздела размещаются контрольные вопросы.
• Экзамен – режим проверки усвоения полученного материала, формирование оценки;
• Помощь – сведения об обучающей системе;
• Лектор – формирование преподавателем демонстрационного блока из рисунков, фотографий, видеофрагментов, которые входят в обучающую систему;
• Статистика – вывод информации об успеваемости обучаемого при работе с обучающей системой.

1. Тренажер-имитатор – компьютерная обучающая программа, которая моделирует технологические ситуации при работе технологического оборудования и которые требуют управляющих воздействий персонала.

   Тренажеры-имитаторы также могут работать в нескольких режимах:

   • Навыки работы – предназначен для обучения управлением имитируемым технологическим оборудованием. Сначала все действия выполняются Мастером, а затем предполагается их самостоятельное повторение.
   • Обучение – происходит управление технологическим оборудованием с целью приведения технологических параметров к нужному значению.
   • Экзамен – для выполнения тех же технологических задач, что и в режиме Обучение, но без помощи Мастера и с ограничением по времени.
   • Помощь – сведения о работе с тренажером-имитатором.

   Преимущества тренажеров-имитаторов:

   • максимально приближены к реальной обстановке при использовании графического 3D-моделирования технологических объектов и полномасштабного математического моделирования всех физико-химических процессов;
   • дают возможность задавать и корректировать управляющие действия, контролировать все параметры по показаниям приборов на экранах дисплеев на технологической установке в лаборатории;
   • предоставляют возможность выполнять учебно-тренировочную задачу с помощью Мастера, подсказывающего следующее действие;
   • выполнение анализа действий ученика с выведением оценки каждого действия и протокола решения учебно-тренировочной задачи.

2. Обучающие-контролирующие системы и автоматизированные системы контроля знаний.

3. Электронный учебник.
4. Интерактивный учебный видеофильм.

Интерактивная обучающая система и тренажер-имитатор обладают максимальной информативностью, которая позволяет достичь наибольшей эффективности преподавания материала. С их помощью можно организовывать обучение и осуществлять контроль за результатом использования.

Замечание 1

Компьютерные обучающие системы стали обязательным компонентом учебного процесса, в связи с чем возникает все больше вопросов по их использованию. Особенно это касается краткосрочного обучения. Дистанционное обучение с помощью сетей Интранет и Интернет предоставляет учащимся использовать обучающие системы самостоятельно, при этом промежуточный и итоговый контроль за усвоением материала может проводится в традиционном очном режиме непосредственно на аудиторных занятиях с преподавателем.

Преимуществом использования компьютерных обучающих систем в учебном процессе является предоставление возможности оперативной переработки их содержимого, что соответствует высокому темпу технического прогресса и модернизации оборудования.