CC BY
41
Владимир Васильевич Плещев
Кандидат технических наук, доцент кафедры информационных систем в экономике Уральского государственного
экономического университета_____
МЕТОДОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УНИВЕРСАЛЬНОЙ АДАПТИВНОЙ МЕТОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
ФОРМИРОВАНИЯ КОМПЕТЕНТНОСТИ СПЕЦИАЛИСТОВ (на примере обучения в области разработки компьютерных приложений
для специальности «Прикладная информатика в экономике (по областям)»)
При разработке учебных планов, программ и
соответствующего учебно-методического обеспечения актуальна проблема адаптации, интеграции и унификации на различных уровнях: междисциплинарном, типов учебных заведений, форм (очное, заочное, сокращенное, дистанционное и др.), ступеней обучения (бакалавры, магистры) и отдельных обучаемых. Разработка большого числа оригинальных вариантов обучения, учебных программ и учебно-методического обеспечения в
приемлемые сроки проблематична. Эффективным решением этой проблемы является переход к
универсальным адаптивным методическим системам (АМС), под которыми понимают методические системы, содержащие образовательную технологию, открытую для модификации, и обладающие свойствами адаптивности к формам обучения, к требованиям как преподавателей, так и конкретного учебного заведения [1].
Под адаптивно-методической системой
формирования компетентности специалистов (АМСФК)
будем понимать АСМ, ориентированную на формирование максимально возможной компетентности специалистов с учетом индивидуальных особенностей обучаемых и процесса обучения (рис. 1).
Введем следующие термины и понятия (учебные
ки^ег£И£ОЕэн чаї униберсальна^нітіумвнтальн *-т«хн *л*пи«сі(а^£ед^МСФК
Образовательная политика (ГОС)
.......ї......Г
Цели обучения
Формирование базовых вариантов обучения
Оценка и оптимизация (максимизация потенциальной компетенции) ^мшш^изнш
Обучаемый (групп з мбучзнмых)
Определение индивидуальных особенностей о буч а е м о го и о буч е н и я
Цели индивидуального
Содержание базовых вариантов обучения (базовые компетенции) ;:
Учебно-методическое и организационно- $ методическое обеспечение й
Формирование индивидуального варианта обучения
Оценка и оптимизация (максимизация потенциальной компетенции) индивидуального варианта обучения
Содержание индивидуального варианта обучения (индивидуальные компетенции)
*2
Учебно-методическое и
организационно-методическое |_____
обеспечение индивидуального $ варианта обучения ¡;
Выбор методов, средств и форм обучения и преподавания
Обучение, формирование компетентности
Контроль промежуточный (тестирование, контрольные работы)
Индивидуальный вариант ^следующего '?зтапа обучения
Контроль заключительный (тестирование, курсовые работы, зачеты, зкзамены)
......Г
г
Специалист (специалисты)
Г
Рис. 1. Концептуальная модель АМСФК
2) учебный рейтинг - произведение экспертных оценок (по десятибалльной системе) объема возможностей и быстроты освоения учебного элемента. Отражает эффективность изучения учебного элемента;
3) условная цена учебного элемента -количественная экспертная оценка (по десятибалльной системе) важности и вероятности использования в практической работе полученных студентом знаний, навыков и умений;
4) учебная рентабельность - частное от деления условной цены на нормативное учебное время, затрачиваемое на изучение учебного элемента. В отличие
от учебного рейтинга в учебной рентабельности учитывается не только объем получаемых знаний, умений или навыков, но и вероятность их использования в практической работе;
5) потенциальная компетентность, формируемая учебным элементом, существующая в скрытом виде и проявляющаяся в практической работе после изучения учебного элемента, - произведение уровня изучения учебного элемента на значение его условной цены;
6) потенциальная эрудиция, формируемая учебным элементом, - частное от деления условной цены на уровень изучения учебного элемента;
7)уровень потенциальной компетентности/эрудиции - частное от деления значения потенциальной компетентности/эрудиции на нормативное учебное время, затрачиваемое на изучение учебного элемента.
Основные принципы проектирования АМСФК:
1. Необходимость классификации содержания учебного материала по уровням изучения.
2. Открытость - использование современных методов и средств автоматизации процедур проектирования АМСФК как информационных систем.
3. Адаптивность учебно-методического обеспечения.
4. Модульность. Методическая система должна состоять из набора модулей; каждый вышестоящий модуль является базовым для нижестоящих. Множество дуг (связей) задают граф возможных переходов между учебными процессами. Сила связи определяется условной ценой модуля. Для проектирования структуры АМСФК воспользуемся структурным подходом к проектированию информационных систем [2]. В нашем случае в качестве информационной системы (ИС) будем считать АМСФК, а за бизнес-процесс примем учебный процесс, или модуль АМСФК. При проектировании построим предметную область - функциональную модель SADT или DFD (рис. 2) [3].
Подготовка специалистої по разработкі приложений
kb___________О
Разработка и ;
Информатика и программирование Высокоуровневые методы информатики и программированы Базы данных стандартизация | программных ; средств и ; информационны і ТеХНОЛОГИЙ ;
Od. 1 Ор. 2 Od. 3 Od. А\
“HTML “Delphi “Проектирование* Проектирование
DREAMWEAVER “c++Builder БД приложений
■Введение в “Visual C++ eAccess eBPwin
программирование “Visual FoxPro “ERwin
“ASP eORACLE ^Rational Rose
“Visual Basic “SQLServer
a Разработка сайтов
Рис. 2. Дерево декомпозиции учебных модулей
Для задания вариантов (траекторий, моделей) обучения и описания учебных модулей создается база АМСФК (рис. 3).
Рис. 3. Схема базы учебных модулей АМСФК
Основные принципы разработки учебнометодического обеспечения:
1. Управление. Комплекс должен управлять учебной деятельностью при «отключении» от преподавателя, что обеспечивает автономное обучение.
2. Саморазвитие - обеспечение развивающих целей, в том числе формирование умения учиться.
3. Целостность - последовательное изложение учебного материала с учетом взаимосвязей между учебными модулями, исключение дублирования,
согласованность понятий, правил изложения и оформления учебного материала.
4. Модульность - декомпозиция по различным критериям учебного материала по учебным модулям (блокам).
5. Адаптивность. Путем комбинации учебных элементов можно создать индивидуальные варианты.
6. Самодостаточность (кейс-обеспечение). Все, что нужно для изучения и контроля полученных знаний и навыков, содержится в обеспечении.
7. Многофункциональность. Учебники и пособия предназначены как для работы обучаемого под руководством преподавателя, так и для его самостоятельного обучения.
8. Структурированность. Структура и содержание учебно-методического обеспечения должны взаимно соответствовать базе учебных модулей АМСФК.
9. Самоконтроль уровня и качества усвоения изучаемого материала.
10. Универсальность. Высокое качество обучения реализуется независимо от его организационных форм, типов учебных заведений и допускает широкий диапазон подготовленности и индивидуальных особенностей обучаемых.
11. Дифференцированность по уровням изучения и усвоения, условных цен, потенциальной компетентности, учебной рентабельности. В качестве уровней усвоения используются три уровня, предложенные И. Лернером и М. Скаткиным:
а) восприятие и осмысление содержания демонстрационных примеров (алгоритмов, программ, запросов, схем), запоминание основных терминов и элементов программирования (команд, функций, классов и их свойств, методов и др.);
б) применение знаний и навыков в сходной ситуации по приведенным примерам (разработка алгоритмов и программ);
в) применение знаний и навыков в новой ситуации (разработка оригинальных алгоритмов, программ, приложений, моделей, баз данных).
При оценке полученных знаний (при прочих равных условиях) можно использовать уровни усвоения для оценки усвоения учебного материала (например, оценки 3, 4 и 5 ставить за 1-й, 2-й и 3-й уровень соответственно). Это относится и к оценке уровня изучения. Можно использовать интегрированную оценку (Ои), учитывающую оба уровня -изучения (Уи) и усвоения (Уу) и рассчитываемую по формуле Ои = 0,5 х (Уи х уу + 1).
12. Незавершенность излагаемой проблемы. Инициирует самостоятельный поиск знаний на основе уже известных знаний. Описания комплексных задач для программирования не должны содержать точного описания интерфейса пользователя, организацию данных, алгоритмы, формы документов. Все эти элементы должен творчески разработать и реализовать обучаемый, а преподаватель - оценить, дать рекомендации, замечания и предложения.
Перечислим несколько технологий построения
моделей АМСФК:
1) использование учебных пособий на бумажных носителях;
2) использование учебных HTML-пособий (тексты пособий оформлены в виде HTML-документа), полученных переводом Doc-пособий;
3) использование учебных Web-пособий, полученных переводом Doc-пособий и включения в них интерактивных и мультимедийных средств обучения и контроля;
4) использование автоматизированных систем обучения (АСО).
Варианты адаптации учебного процесса:
1. Визуальное конструирование и сохранение в базе нового варианта обучения (рис. 4).
к Ауд=175.95 Лек=51.6 Прак=52.9 Лаб=71.45 Сам=47.6 Цена=1 305 Комп=2400 Рент=5.В Ур.комп=10.7 Эруд=862.В Ур.эруд=3.8 Ср.ур.нэучН .8 вни
Заголовок пункта | Вариант Пред Доступ | Л еталь Эю. Ур изуч. Корлп Эруд_ Рент. | Ур комп. | Ур. эр уд. | Цена | Ауд. | Лек. | Прак [м | Сам, а
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ 200 0 тг □ 1 0 0 0,0 0,0 0,0 0 0 00 ”Т 0 0 0
1. Причины возникновения баз данных 200 0 0 □ 1 5 5 25,0 25,0 25,0 5 0 10 0,1 0 0 0,1
2. Основные термины, понятия и определения 200 0 0 п 1 10 10 6,3 6,2 6,2 10 0 80 0,8 0 0 0,8
3. Модели данных 200 0 □ □ 1 0 0 0,0 0,0 0,0 0 0 00 0 0 0 0
3.1. Уровни представления и независимости данных 200 1.2 0 0 □ 1 10 10 25,0 25,0 25,0 10 0 20 0,2 0 0 0,2
3.2. Типы моделей данных 200 1.2 0 0 □ 1 10 10 50,0 50,0 50,0 10 0 10 0,1 0 0 0,1
3.3. Типы связей между обьекгами 200 1.3.2 0 0 □ 1 10 10 5,6 5,6 5,6 10 0 90 0,9 0 0 0,9
3.4. Контроль целостности связей 200 1.3.3 0 0 □ 2 1В 5 6,4 12,9 3,2 9 0 70 0,7 0 0 0,7
3.5. Формы записи концептуальной модели 200 1.3.3 0 0 □ 2 20 5 9,1 18,2 4,5 10 0 60 0,6 0 0 0,5
.3.6. Иерархическая модель 200 133 0 0 □ 2 12 3 7,5 15,0 3,7 6 0 50 0,3 0,2 0 0,3
.3.7. Сетевая модель 200 1.2 0 0 □ 2 12 3 7,5 15,0 3,7 6 0 50 0,3 0,2 0 0,3
► .3.8. Реляционная модель 200 1.2 0 □ □ 2 0 0 0,0 0,0 0,0 0 0 00 0 0 0 к
[[запись: [Н~|Т]| 12 [ ^ ЦнМ И5 300
Рис. 4. Окно корректировки варианта обучения
Для отбора учебных блоков используется переключатель доступности модуля. Значения учебной нагрузки и условной цены задаются только для детальных учебных модулей. В заголовке формы автоматически оперативно выводятся итоговые значения (учебной нагрузки, условной цены, компетенции и ее уровня, рентабельности, уровня изучения) по варианту после корректировки любого значения. Эти значения заметно облегчают пользователю выбор нужных учебных блоков в процессе корректировки (балансировки) оценки формируемого учебного варианта с учетом временных ограничений на учебный период и принятых критериев
(например, при максимизации компетентности).
2. Автоматическое формирование варианта обучения с учетом условных цен, уровней изучения и потенциальной компетентности или эрудиции учебных модулей и временных ограничений. Значение нормативной нагрузки указывается для каждого детального (не декомпозируется) учебного элемента. Значение нормативной нагрузки составного учебного элемента равно сумме нормативных нагрузок входящих в него детальных учебных элементов. Плановая нагрузка определяется учебным планом для всей дисциплины по различным видам занятий и формам обучения. Значения этих нагрузок чаще всего не будут совпадать, поэтому можно выбрать один из следующих основных вариантов их перераспределения:
а) при формировании значений нагрузок в учебной программе для группы обычно указывают плановые значения нагрузок для аудиторных занятий, а значение нагрузки на самоподготовку берется равным разности между нормативной нагрузкой и плановой аудиторной. Значения нормативных учебных нагрузок для детальных учебных элементов автоматически изменяются пропорционально плановым значениям нагрузок по дисциплине;
б) изменяются значения нормативных или плановых нагрузок;
в) решают следующую задачу целочисленного программирования. В качестве целевой функции возьмем максимизацию суммы значений соответствующего учебного параметра оптимизации (условной цены, потенциальной компетентности, учебной рентабельности, уровня компетенции или эрудиции) всех детальных учебных элементов. Необходимо найти вариант обучения с максимальным значением целевой функции при выбранном варианте ограничений. При этом дидактические цепочки условно рассматриваются в виде одного учебного элемента с суммарной ценой и временем на изучение. В качестве ограничений выступают плановые значения учебных нагрузок по соответствующим видам занятий. Для решения этой задачи можно использовать метод Гомори, или эвристические алгоритмы (например, выбор первых учебных элементов из списка, отсортированного по убыванию значений учебного параметра оптимизации).
Варианты учебных программ (рис. 4), корректировки учебных планов (рис. 5) и тестов (рис. 6) формируются преподавателем-методистом (при самообразовании формирование может выполнить и сам обучаемый) для отдельного или группы обучающихся с учетом особенностей учебного процесса, форм обучения и индивидуальных психологических и профессиональных характеристик обучаемых.
Й Ауд=352 Лек=128 Прак=»6 МИ 28 Сам=351.55 Зкі= 3 Зач= 1 Кур= 2 Контр= 41|ена=3782 Кош-6636 РентИО.В Ур.компИ S Ср.ур.изуч=1.ї в®
Вариант|Наименование варианта п| Учебный год Вариант Наименований варианта 1 Вариант | Наименование распределения! Сен| Контр|Курс) Заче| Экз | Блок Комг| Индекс *|
1 Прикладная информатика 2004-2005 1 ИП Очное отделение (базовый вариант) 2 Лек 32, прас. 32, лаб 32 1 1 0 0 1 ЕН Ф ЕН.Ф.02
1 Прикладная информатика 2004-2005 100 ВУМИП Очное отделение (базовый вариант) 2 Лек. 32, прас. 32, лаб, 32 2 1 1 0 1 ОПД Ф ОПД.Ф.04
1 Прикладная информатика 2004-2005 200 БД Очное отделение (базовый вариант) 2 Дек. 32, орак. 32, лаб. 32 3 1 1 0 1 ОПД Ф ОПД.Ф.ОЗ
1 1 Прикладная информатика 2004-2005 300 РСПСИТ Очное отделение (базовый вариант) 2 Дек. 32, лаб. 32 4 1 0 1 ) ОПД Ф ОПД.Ф.07 у
1 Запись: [Й](Т] 4 0[Й@ из 4 < 1 >г
Рис. 5. Окно корректировки варианта учебного плана
■аза
Рис. 6. Окно тестирования знаний
3. СУБД ACCESS _2. СУБД VISUAL FOXPRO _4. СУБД MICROSOFT SQL SERVER ~1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ К СУБД ORACLEl
Запись; [Й][Т] | 5* [ГММ] из 5
N° |№P|Nsi 1340 1 13
400 2 2,3
2120 3 2,7
10 4 4,3
0,5
1,1
0,7
0,7
1 100 8 18 95 8 1,9 363 693 249 12,6 24,8 8,6 2 2 1
3 72 30 67 68 44 2,0 428 845 235 5J 18,2 2,8 1 1 2
2 56 18 28 53 18 1,5 285 317 157 7,3 11,3 5,6 3 4 3
2 36 6 14 34 16 2,0 166 326 99 3,7 7,3 2,2 4 3 5
4,3 0,7
26 34
1,5 151
123 3,9
5,6 3,2
5 5
Рис. 7. Окно просмотра аналитической таблицы учебной программы
Для любого варианта обучения преподаватель может выполнить генерацию тестов и соответствующего методического обеспечения учебных программ (рис. 8) и планов (рис. 9) экзаменационных билетов для дисциплинарного и государственных итоговых междисциплинарных экзаменов.
¥ Расширенная учебная программа отчет ввд
Базы данных (БД) а
1 Вариант № 200 БД Очное отделение (базовый вариант)
1 Уровни изучения 1 - 3
1 Вариант р аспр еделення нагрузки № 2 Лек. 32, прак. 32, лаб. 32
1 Нор матнвнаяучебная нагрузка: 175,95 51,60 52,90 71,43 47,60
1 Планируемые учебные показатели н нагрузка: 1305 2400 5,8 96,00 32,00 32,00 32,00127,55
1 Среднее значение по детальному пункту: 1,8 5,3 10,7 5,3 0,39 0,13 0,13 0,13 0,32
03.03.2005 Страница 1
Тема Стр.Ур. Цена Комп.Рент Аудит . Лек. Пр ак. Лаб. Сам. —
1. П Р ОЕ КТИР О ВАНИ Е БАЗ 12 ЗЛ 166 326 3,7 17,30 1101 6,29 44,48
ДАННЫХ 5,2 7,3 3,7 0,54 0,34 0,20 139
1.1. Причины возникновения баз 12 1,0 5 5 25,0 0,06 0,06 0,27
данных
1.2. О сновные термины, понятия и 12 1,0 10 10 6,2 0,50 0,50 2,14
определения
1.3. Модели данных 13 1,8 101 184 5,3 7,19 4,53 2,66 19,56
1.3.1. Уровни представления и 13 1,0 10 10 25,0 0,12 0,12 0,54
независимости данньс-:
1 ^ 9 Типкт МПЛИТйЙ ЛЯННЫ1Г 14 1 П 1П 1П 5П П П Пй П П6 П 77 -
Страница: И \\ 4 | 1 [ ► ][М ] < щ ш
Рис. 8. Окно просмотра учебной программы
Ф Расширенный учебный план : отчет В Щ
Учебный план № 1 Прикладная информатика в 10502 Прикладная информатика в 03.03.2005 экономике экономике Страница 1
Индекс Дисциплина §? о5 а Ы А *3 а 2 118 31 3 ■а 3 в § Я Ь* X § Аудиторные Лекции 5 £ ч а № Лаб оратор ные Самостоятельные и £ я £ ч 0 СП 1 X Я Я 3 О И Ф 3 X ъ ҐС з я
Общепр офессноиальные дисциплины
ОПД.Ф.04 Высокоуровневые 2 10 11 197,65 96,00 32,00 32,00 32,00 101,65 100 1-3
методы
информатики и
программирав ания
(ВУМИП)
ОПД.Ф.ОЗ Б азы данных (БД) 3 1 0 1 1 223,55 96,00 32,00 32,00 32,00 127,55 ьо о о 1-3
ОПД.Ф.07 Разработка и 4 0 1 0 1 75,80 64,00 32,00 0,00 32,00 11,80 300 1-3
стандартизация
программных
средств и
инф ормационньк
технологий
(РСПСИТ)
Итого по блоку дисциплин 497^00 256,00 96,00 64,00 96,00 241,00
Общие математические и естественно-научные дисциплины
ЕН.Ф.02 Информатика и 1 1 0 0 1 206,55 96,00 32,00 32,00 32,00 110,55 1 1-3
программиров ание
(ИП)
Итого по блоку дисциплин 206,55 96,00 32,00 32,00 32,00 110,55
Всего по учебному плану 703,55 352,00 128,00 9бт 128,00 351,55 ■V
Страница: | 1 ( ► ][ И ] < >
Предложенная методология и разработанное программное обеспечение были применены автором при создании базы учебных модулей, учебно-методического обеспечения АМСФК обучения в области разработки компьютерных приложений [5-8]. Внедрение данной методологии и программных средств в учебный процесс позволит унифицировать и автоматизировать разработку различных вариантов обучения, учебных программ и планов, тестов, методического обеспечения, учитывающих особенности специальностей, форм и ступеней обучения, а также личностные качества студента.
Литература
1. Долинер Л.И. Адаптивные методические системы как
средство внедрения достижений психолого-педагогических наук в профессиональное образование // Новые педагогические исследования: Приложение к журналу
«Профессиональное образование». 2003. № 2.
2. Вендров А.М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем: Учебник. М.: Финансы и статистика, 2002.
3. Маклаков С.В. BPwin, ERwin, CASE-средства разработки информационных систем. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999.
4. Плещев В.В. Классификация и анализ содержания образования в области программирования и баз данных // Известия Уральского отделения Российской академии образования. 2003. № 3.
5. Плещев В.В. Базы данных. Visual FoxPro, Access, SQL Server, Oracle с примерами и упражнениями: Учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. экон. ун-та, 2003.
6. Плещев В.В. Высокоуровневые методы информатики и программирования. Delphi, C++ Builder, Visual C++ с примерами и упражнениями: Учебник. 2-е изд., испр. и доп. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. экон. ун-та, 2002.
7. Плещев В.В. Информатика и программирование. Quick Basic и Visual Basic, VBScript, HTML, ASP, Dreamweaver, Crystal Reports с примерами и упражнениями: Учебник. 3-е изд., испр. и доп. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. экон. ун-та, 2002.
8. Плещев В.В. Разработка и стандартизация программных средств и информационных технологий: Учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. экон. ун-та, 2004.
*****
