CC BY
48
Раздел 7
Применение учебно-методических комплексов по перспективным информационным технологиям в высшей школе
УДК 519.68:681.51
С.В. Астанин, ТX. Калашникова
МОНИТОРИНГ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ В СИСТЕМЕ ОТКРЫТОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
Преимущества открытого образования с переходом на новые информационные технологии очевидны и неоспоримы. В задачи открытого образования входит не только обучение, но и обучение тому, как учиться самостоятельно. Студент уже не является безучастным и пассивным, а скорее разумным, участвующим в своем , . обучающие системы подразумевают не только представление знаний, но и полно, -, -ринг процесса обучения, т.е. контроль деятельности обучаемого, обработка полученной информации и генерация управляющих решений. При личных контактах со студентом преподаватель имеет большую возможность в определении личностных качеств и индивидуальных особенностей обучаемого, что позволяет ему адекватно корректировать процесс обучения. Для этого преподаватель использует субъективно осознанную модель обучаемого. В случае дистанционного обучения такой возможности у преподавателя практически нет. Подобную форму обучения вполне логично рассматривать как человеко-машинную систему, в которой обучаемый и преподаватель выступают в роли человека-оператора. Если обучаемый управляет системой приобретения знаний, то преподаватель опосредовано управляет процес. - , -нии системы дистанционного обучения следует решать вопросы перераспределения функций между человеком и вычислительными средствами.
Для осуществления мониторинга процесса обучения строится предварительная модель обучаемого на основе экспертных оценок (см. рис.1). Затем с учетом предпочтения выбора способов освоения материала и результатов обучения формируется окончательная модель обучаемого. Определяются цели обучения, выделяются стратегии поведения: наиболее соответствующие индивидуальному стилю , , . основании полученных данных осуществляется прогноз деятельности обучаемого.
, -тивной по отношению к нечетко заданной цели, система должна сгенерировать
рекомендации по трансформации стратегии обучаемого (блоки: корректировка поведения и информационная модель поведения).
Рис.1. Схема мониторинга процесса обучения в системе открытого образования
При разработке модели обучаемого целесообразно учитывать психологические закономерности усвоения знаний, установленные в педагогической психологии и позволяющие повысить эффективность процесса обучения. В современной концепции обучения типизация тестовых заданий связана с уровнем усвоения знаний [1]: опознание, различение, классификация - типы тестов первого уровня (условно деятельность первого уровня называют "опознанием"); тесты подстановки, конструктивные тесты, типовые задачи - второго уровня ("воспроизведение"); нетиповые задачи - тесты третьего уровня ("применение"). Нельзя игнорировать и ,
зрения [2]: можно выучить набор некоторых определений и правил, и после экзамена успешно все забыть; можно детально разобрать каждую тему, не слишком вникая при этом в суть событий; человек, являющийся по своей натуре исследова-, , -ваемых событий и переходить затем к доказательным рассуждениям. Также в [2] приводятся следующие этапы изучения объектов: обобщение, специализация и аналогия. Под обобщением понимается переход от рассмотрения некоторого множества объектов к рассмотрению большего множества, содержащего данное. Специализация предусматривает переход от рассмотрения данного множества объектов к рассмотрению меньшего множества, содержащегося в данном. Аналогия позволяет перенести знания об объекте на другой объект, возможно другой природы. Поэтому в соответствии с характером выполняемой при изучении материала мыслительной деятельности предлагаются способы освоения материала разделить на
три группы: 1) изучение объекта начинается с поверхностного знакомства с ним,
( 1); 2) -ход к более глубокому изучению, связанному с познанием особенностей и характеристик объекта (анализ); 3) на третьем этапе как метод познания используется ана-( 2). -тель каждому способу освоения материала сопоставляет набор конкретных рекомендаций для студента по изучению рассматриваемого курса.
В настоящей работе предлагается использовать в процессе обучения индивидуальную модель обучаемого, построенную по методу моделирования поведения человека-оператора [3]. Метод основан на описании поведения нечетким недетер-
:
А=<и, X, У, 8с, 8, о>, (1)
где и={иь и2,..., ит} - конечное множество входов, Х={ХЬ Х2,..., Хп} - конечное множество состояний, У={УЬ У2,..., Ур} - конечное множество выходов, 8: ХхШХ^[0,1] - функция переходов, о: ХхУ^Ь - функция выходов, 8с - началь-.
Модель обучаемого строится для каждого учебного курса (предмета) на основании имеющегося у преподавателя практического опыта изучения студентами данного курса при традиционной системе обучения. Здесь множество X будем рас-
( ), . Цель обучения декомпозируется на 1 последовательных (по времени освоения материала) подзадач, Х1 - множество возможных результатов теста после изучения студентом 1-го модуля, у, 1={1,...,р} - множество интервалов времени на обу-
чение, Ь - множество доходов, связанных с реализацией выбранного способа освоения материала иеи на интервале времени у. Способы освоения материала и , , -бытия на интервале у, 1<|<р. Функция переходов задается экспертным путем и отражает уже имеющийся опыт обучения.
Для учета личностных особенностей приобретения знаний конкретным обучаемым необходимо построить индивидуализированную функцию переходов. С этой целью учитывается исходная информация от обучаемого, заключающаяся в задании прогноза использования того или иного способа освоения материала в зависимости от возможных результатов тестирования в виде функции д: Х1хик^[С,1], а также прогноза перехода управляемого процесса обучения из ис-8с
. -
ния Хп обучаемым задается нечеткая цель обучения ^^{Х^. На основе этой информации программируется автоматная модель. Для этого на каждом шаге решается система композиционных уравнений [4]. Полученные оценки возможности нахождения процесса обучения в состояниях Х1, Х1-1 при применении способов ик и ик-1, соответственно, и оценка выбора обучаемым способа освоения материала ик группируются попарно “способ освоения материала” - “результаты тестирования” : -ветствовать способ освоения учебного материала также с максимальной оценкой применения его обучаемым. Выделение пар позволяет выявить наиболее возможные связи по способам освоения материала между состояниями подзадач (модулей
). , , нечеткой оценкой использования его обучаемым и нечеткой оценкой цены обучения (нормированный доход), субъективно осознаваемой обучаемым, в зависимо, , , ,
.
наглядно можно представить в виде ориентированного графа. Построение осуществляется следующим образом. Из исходного состояния в состояния первого этапа обучения проводятся дуги, маркированные способами освоения учебного материала, использование которых, в соответствии с прогнозом обучаемого, позволит добиться положительных результатов промежуточного тестирования, и эти способы характеризуются наибольшей оценкой. В зависимости от означивания этих дуг и на основе сформированных пар “способ освоения материала” - “результаты тести” п- . -
зультате построений получаем индивидуальную модель поведения обучаемого при различных результатах промежуточного тестирования.
, , выделить классы стратегий обучаемого, представляющие собой взвешенные пути на графе от вершины 8с до вершин из множества Хп. Каждый д-й путь представляет собой взвешенную относительно способов освоения учебного материала последовательность вида
= (8с,ис,ХГ1,и^..,ХПп:;,ип_1,ХПп),
где г„, те=1, п - число результатов w-гo теста. В первую очередь, нас будет интересовать тот класс, стратегии которого позволяют достичь цели обучения и характеризуются максимальными оценками связей между результатами тестов. Очевид-, , , не всегда может соответствовать максимальной функции принадлежности состояния цели обучения. В этом случае обучающая система должна применять смешанные стратегии, т.е. определяется трансформация стратегии, выбранной исходя из
, , достижение цели обучения. Очевидно, что необходимость в трансформации возникает в тех случаях, когда выбранная исходная стратегия перестает быть эффективной по отношению к нечетко заданной цели. При этом важно определить те про- ( ), возможна [5]. Так, обучаемый может отклониться от своей оптимальной стратегии, используя другие решения; или, применяя решения из оптимальной стратегии, попадать в состояния, не соответствующие ей. В этом случае система должна сгене-
( . . 1). -
, -
сения модели обучаемого, сформированной преподавателем при личных контак-, .
Пример. Рассмотрим упрощенную модель индивидуального поведения обу. (1) , . .
, .
( ).
процесса обучения на каждом этапе, т.е. возможные результаты тестирования после изучения материала:
хх = {Х1,Х12,Х13}, Х2 = {Х2,Х2,Х2},Хз = |хЗ,х32,хЗ},
где X' соответствует результату удовлетворительно», Х2 — <аорошо», X;3- отлично». Для каждого этапа обучения определяются возможные способы освоения материала: ио = {и0,и2,и3}, = {и|,иі2,иі3}, И2 = {и2,и2,и32},
где и соответствует синтезу 1, ик - анализу, ик - синтезу 2, описанным выше.
Для построения предварительной модели обучаемого экспертами заданы матрицы переходов из состояний одного этапа обучения в состояния другого этапа при использовании одного из способов освоения материала и}: Ц2: 1Т| :
XI л. л 2. ^3 -тИ 2 "V 3 -у 2 -т^З т^-1 -у 2 ^3
2 Ао -Л- 2. -^1 2 ^ 2 -^2 ^1 ^1
2
0.6 0.3 0 0 0 -1 0
0.6 04 0 0 3 0 0 1
0 5 0 3 0 0 3 0 2 0
0 -1 0 6 0.3 0.1 0.7 0 2
0 3 0 9 0 7 0.2 0 0 3
0 2 0 8 0 т 0.1 0 3 0
х,
А х2 хі ХІ X,2 X3
0 1 0.3 0 4 0 0.4 0.3
0 1 04 0 7 0 0 0 8
0 0 3 0 8 0 02 0
и‘2: И2: и32:
XI Vі -ТТ-1
З 3 3 ^2 Л-2 2
2
X3,
0 8 0 3 0 1 0 04 0 1
0 4 0.4 0 1 0.4 0 0.2
0 3 02 0 1 0 0 0
х>
X?
0 5 0 7 0 4 0 0 6 0 2
0.3 0 9 0 т 0.3 0 0 т
02 0 6 0 6 02 0 3 0
х^
X3,
0 1 04 0 4 0 04 0 3
0.2 0.3 0.7 0 0 0
0 1 0.6 0 8 0 0 3 0
Используя прогноз обучаемого, построим индивидуальную модель обучаемого в виде ориентированного графа (рис.2). Кроме маркировок способами освоения , -ния в состояние.
Рис. 2. Индивидуальная модель обучаемого На рис. 2 жирными линиями выделены стратегии обучаемого, соответствующие индивидуальному стилю принятия решений и позволяющие достичь результа-, .
ЛИТЕРАТУРА
1. Соловое Л.В. Проектирование компьютерных систем учебного назначения: Учебное пособие. Самара: СГАУ, 1995. 138с.
2. ПойаД. Математика и правдоподобные рассуждения. М.: Наука, 1975. 464с.
3. Леттин СВ. Сопровождение процесса обучения на основе нечеткого моделирования // Научно-практич. журнал “Дистанционное образование”, М.: МЭСИ, 2000. № 5.
4. Астанин СВ. Нечеткая автоматная модель стратегического управления. Изв. ТРТУ. Интеллектуальные САПР. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1997.
5. . . .
трудов "Объектно-ориентированный анализ и проектирование адаптивных интеллектуальных систем реального времени" Новочеркасск: Изд-во НГТУ, 1996.
УДК 007.52:611.81:1
Д.И. Попов
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ
В работе рассматриваются принципы создания интеллектуальных систем в дистанционном образовании на основе современных Интернет-технологий. Оценка знаний производится с помощью системы адаптивного тестирования, базирующейся на методах и алгоритмах нечеткой логики. Подобная система позволяет сделать процесс обучения более гибким, учесть индивидуальные особенности обучаемых и повысить точность оценки знаний студентов.
В последнее десятилетие в нашей стране произошел качественный переход в применении информационных технологий в образовании и жизни общества. Если раньше такие тенденции носили единичный и разрозненный характер, то сегодня налицо их широкое и повсеместное использование. Говоря об образовательном процессе, большинство вузов в стране имеют набор учебных курсов, ориентированных на изучение информационных процессов в обществе, изучение технологических аспектов информационных технологий, использование телекоммуникационных сетей и средств, Интернет и мультимедиа в различных предметных облас-. -ного образования (ДО) в учебном процессе. Имеется несколько десятков образовательных учреждений, в той или иной степени реализующих технологии ДО. Учебные заведения используют в основном кейс-технологии и сетевые технологии для предоставления учебных материалов студентам [1,2].
Данная статья посвящена задачам, связанным с созданием интеллектуальной системы дистанционного обучения (ИСДО) на базе Интернет-технологий для использования как в рамках вуза, так и в дистанционном образовании. Использование такой системы позволяет лучше учесть индивидуальные особенности обучаемых. ИСДО должна обладать следующими свойствами:
1. улучшать качество информационного и учебно-методического обеспечения (Интернет-технологии, средства мультимедиа);
