CC BY
27
Комаров А.И.1, Панченко В.М.2
1 Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники (МИРЭА), соискатель, кафедра "Интеллектуальные технологии и системы", komarov-
aig@yandex.ru
2 Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники (МИРЭА), к.т.н., проф. кафедры "Интеллектуальные технологии и системы",
pvm36@yandex. ru
ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ИНТЕРАКТИВНОГО ОБУЧЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Программированное обучение, интерактивность, технологии программ единичных экспериментов, SCORM, технология разделяемых единиц контента, полиэкранная технология деятельности, системный подход, компьютерные средства обучения.
АННОТАЦИЯ
В статье отмечаются особенности реализации комплекса методического и технологического обеспечения ИТ-образования, на базе которого для поддержки интерактивного обучения формируется система данных и знаний об образовательном процессе обучаемого.
Реализация идей интерактивного программированного обучения с использованием информационных технологий требует применения ряда системно-взаимосвязанных технологий: разделяемых единиц контента (ТРЭК), рационально-эмпирических комплексов (РЭКС), технологии программ единичных экспериментов (ТПЕЭ), компьютерных средств обучения (КСО), образующих систему баз данных и знаний (БД и БЗ) с обратной связи для перманентной идентификации обучаемого и учебного контента.
Анализ компьютерных средств обучения, а также системы решаемых на этой основе педагогических задач, показывает влияние информационных технологий на распределение ролей между участниками и организаторами учебного процесса, на усовершенствование механизмов сбора, обработки и форм представления информации, на преобладание задач контроля и оценивания уровней знаний и умений в КСО. Также стоит отметить, что в основу методов исследования и разработки компьютерных технологий обучения (КТО) перспективно закладывать методологию структуралистского направления развития системологии, методы теории циклов в интерпретации методологии системотехники, результаты исследований в области креативной педагогики и когнитивной психологии [1]. Таким образом, при обучение с применением ИТ следует учитывать дидактические особенности и методологические возможности современных средств обучения на каждом из этапов организации познавательной деятельности обучаемого (ПДО).
Комплекс технологий поддержки учебной деятельности: РЭКС, ТРЭК, ТПЕЭ, технология полиэкранной деятельности обучаемого (ТПОДО), БД и БЗ о ходе обучения, программное обеспечение по сбору и обработке данных, средства принятия решений (ПР) удобно выделять на общей архитектуре образовательной системы (Learning Technology Systems Architecture LTSA) [2], которая описывается в зарубежном стандарте IEEE-1484.1-2003 Standard for Learning Technology. Отметим лишь некоторые объекты и отношения этой архитектуры и после преобразований представим в виде изоморфной ей схемы (рис. 1).
Рис. 1. Система основных технологий образовательного комплекса с ИТ
Принципы программированного обучения в условиях развития массовых онлайн курсов (MOOC; Coursera, EdX, Udacity, Khan Academy, и др.) и средств статистической обработки данных по принципу новых задач формируют систему для систематического накопления и исследования данных ПДО.
Организация ПДО как одноканальной системы массового обслуживания (рис.2) находит свою реализацию в применении технологии разделяемых единиц контента (ТРЕК) по заданной учебной программе испытаний, то есть ТПЕЭ [3].
Чел.
ti tCB { <
t
-
Рис.2. Схема протекания учебного процесса в модульно-кадровом пространстве электронных форм обучения (1,2...к — номера учащихся; Ш -время начала работы с модулем; !ж — время окончания; с — перерыв)
Схема общей постановки учебного процесса на основе ТПЕЭ, приведённая на рис.2, в определённой степени предопределяет ряды временных интервалов, а, следовательно, и круг вытекающих из них доступных для исследования классов задач идентификации параметров обучаемых и задач двойственной кластеризации и распознавания образов.
Чтение, переписывание, набор текста на клавиатуре, конспектирование в данной системе являются основными элементарными операциями познавательной деятельности обучаемого.
В качестве средства организации программно-управляемого процесса самостоятельного освоения авторских информационных материалов репозитория (электронных библиотек) в настоящее время используется понятие «модуль» (М1, М2,...), и его составляющие, представленные в форме просмотровых последовательностей кадров (страниц), например: М1(К1.К13) и М2(К1.К11) [4, 5].
Для каждого кадра модуля по методике ТПЕЭ определяются формы учебного задания, например, из следующего ряда: изучить (прочитать (действие Д1), выделить ключевые понятия, законспектировать (переписать) (Д2), набрать текст (Д3); составить конспект (указание к составлению конспекта У1): заголовки и нумерацию порций сохранить в качестве заголовков электронного конспекта и использовать данные при определении скорости набора текста; конспектировать рисунки и таблицы в электронную тетрадь в личную папку студента (ЛПС) (указание У2) и т.д.
Эксперимент в данном случае всегда связан с измерением времени и анализом получаемых
данных в зависимости от среды и форм представления информации.
Можно отметить, что применение технологий ТРЕК совместно с ТПЕЭ является основой создания эффективных средств анализа и управления учебной деятельностью в системах электронного обучения.
Сбор и обработка затрат времени на овладение модульно-кадровым потоком информации с учётом ретроспективных, текущих и экспертных данных содержит ценную информацию для организации процессов косвенной оценки и контроля для управления реальным учебным процессом.
В ходе исследования определен порядок учета и состав ретроспективных (априорных), текущих (апостериорных) и экспертных данных, подлежащих регистрации при прохождении обучения и обработке данных наблюдений. В рамках проведения занятий по дисциплинам «Общая теория систем», «Теория принятия решений» на кафедре «Интеллектуальных технологий и систем» в МГТУ МИРЭА осуществлялся сбор соответствующих данных по различным лабораторным работам. В перечень данных были включены следующие позиции: данные зачетных книжек, данные о посещении занятий, данные о выполнении контрольных заданий, квалиметрические данные обучаемых по заданным и простейшим видам деятельности, общие временные затраты на выполнение лабораторных работ.
Программное обеспечение, поддерживающее этот процесс, должно осуществлять оценку ретроспективной деятельности обучаемого на основе полученных априорных и апостериорных данных в совокупности и на основе их свёртки по формуле оценки гипотез Байеса. Результат оценки может заключаться в рекомендациях по изменению формы и глубины изложения материала, средств и методов его подачи. Кроме этого компьютеризация средств обработки данных и управления способствует выявлению проблемных мест в структуре изучаемого курса персонально для каждого участника познавательного процесса.
Совместное применение технологий ТРЕК и ПЕЭ возможно осуществить разными средствами (с разной степенью автоматизации). В качестве простейшей реализации ТРЕК+ПЕЭ авторами было разработано программное средство для проведения и сбора данных ПЕЭ (в среде Excel, VBA) по базовым видам деятельности. Так как основные принципы требующие отслеживание времени на работу с учебными модулями заложено в SCORM (Sharable Content Object Reference Model) и его развитие «Experience API» (xAPI) [6, 7], то при определенных навыках возможно использовать современные системы управления обучения (Learning management system — LMS), в том числе и свободно распространяемые (Moodle, eFront, Open Elms, ILIAS и др.).
Применение LMS требует различных дополнительных временных и материальных затрат на развертывание и сопровождение (хостинг, доменное имя, администрирование сайта/сервера и т.д.).
Возможность вести специальные базы данных (БД), в том числе в LMS, и базы знаний (БЗ) необходима для постановки и решения новых задач двойственной кластеризации: учебных модулей по времени их освоения, формирование кластеров обучаемых по выделенным кластерам типовых учебных модулей [2].
Исследование полученных таким образом данных может осуществляться в рамках LMS, ограниченными средствами, либо после выгрузки данных о ПДО в открытый формат (xml, csv, txt и др.), средствами статистической обработки данных.
Для решения наиболее простых исследовательских задач был создан инструмент статистической обработки данных ПЕЭ (регрессионно-корреляционный анализ), обладающий, в том числе обучающим эффектом, благодаря применению масочной технологии [8] (среда Excel, VBA). Также разработано средство учета и обработки данных о базовой оценке и коэффициентах доверия (посещение, ответы на вопросы), также с применением масочной технологии (среда Excel, VBA).
В качестве мощных инструментов для статистического анализа возможно использовать средства STATISTICA, SPSS. Авторами используется свободная среда разработки программного обеспечения с открытым исходным кодом для языка программирования R — Rstudio.
Практика показала, что в условиях ограниченной материальной поддержки образовательного процесса, круг доступных технологий и средств обучения значительно снижается, появляется ряд довольно жестких требований, который необходимо учитывать: использование свободного программного обеспечения желательно с открытым кодом, использование кроссплатформенных решений.
Даже MS Excel, который является широко применяемым приложением, как показал опыт,
не всегда доступен, а при запуске через тот же Apache OpenOffice используемые макросы без доработки зачастую не функционируют.
Именно требование к возможности по доработке БД и БЗ обусловливает необходимость использования LMS с открытым кодом, авторами в работе была использована система управления обучением Moodle.
При составлении и изложении учебных материалов должен применяться системный подход описания предметной области, основу которого составляет рационально-эмпирические комплексы систем (РЭКС) [9, 10].
Уровни РЭКС приведены на рис.3. Здесь принята система обозначений: уровни: Y1 — знаково-лингвистический, Y2 — теоретико-множественный, Y3- абстрактно-алгебраический, Y4 — логико-математический, Y5 — топологический, Y6 — информационный, Y7 — динамический, Y8 — эвристический, а также операции: R^-операция абстрагирования, R(K)-операция конкретизации; выделены предметные области: ПОЗ — предметная область знаний, ПОД — предметная область деятельности; эмпирические системы ядра по Клиру (Э1, Э2, Э3): D — исходные системы данных, F- системы порождения.
Рис. 3. Уровни рационально-эмпирических комплексов систем
В качестве программного средства, реализующего один из примеров применения РЭКС, была создана имитационная модель сбора статистических данных, построенная по аналогии с доской Гальтона или треугольника Паскаля (среда Excel, VBA). Созданная модель масочного пространства на основе треугольника Паскаля/доски Гальтона в среде Excel с мультивходовостью, принципом линейного наложения масок, операцией сдвига точки вброса, обладает возможностью определить, задаваясь вероятностью выбора, путь пошагового перемещения, менять по ходу исследования объемы выборок и другие лабораторные действия. Можно спроектировать (запрограммировать) циклический процесс выгрузки порождаемых имитатором данных в формате, доступном для анализа их в R-studio.
Учебный курс должен быть составлен с применением различных медиа средств, с различной глубины изложения материала и определенной структурой модулей [9].
Программированное обучение в части самостоятельной ПДО может касаться регламентирования и систематизации использования дополнительных технических средств, помогающих повысить степень усвоения материала. Например, использование дополнительного
монитора используется в обучении с применением технологии полиэкранной деятельности обучаемого (ТПОДО), так ТПОДО была применена при обучении решению транспортной задачи по дисциплине исследование операций — использовалось разработанное веб-приложение.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Развитие информационных технологий и сфер их использования открывает новые возможности для реализации программированного интерактивного обучения. Системное применение указанных в работе технологий, программных и аппаратных средств позволяет сформировать цельный образовательный комплекс, который учитывает особенности познавательной деятельности обучаемых, а также особенности, обусловленные реализацией программных средств и ограничениями материально-технической базы образовательного заведения.
Литература
1. В. В. Нечаев, В.М. Панченко, А.И. Комаров «Дидактическая формализация современных обучающих систем: особенности и модели» Научно-практический журнал «Открытое образование», 2010 г. №6
2. Комаров А.И. Панченко В.М., Нечаев В. В. «Роль системы данных и знаний в обеспечении ИТ-образования», Современные информационные технологии и ИТ-образование [Электронный ресурс] / Сборник научных трудов IX Международной научно-практической конференции / под ред. В.А. Сухомлина. — Москва: МГУ 2014. — 258 с. — ISBN 978-5-9556-0166-6
3. Комаров А.И., В.М. Панченко «Информационный и технологический базис формирования систем открытого образования», Научный и общественно-информационный журнал «Информационные и телекоммуникационные технологии», 2013 г. — №20. — С. 66-74.
4. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. — М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 2003. — 616 с.
5. Норенков И.П., Зимин А.М. Информационные технологии в образовании — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. — 352с.
6. Официальная документация ADL SCORM 1.2 http://www.adlnet.gov/scorm/scorm-version-1-2/
7. Спецификация программ в сфере дистанционного обучения. Официальный сайт http://tincanapi.com
8. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. — М.: Радио и Связь, 1990. — 540с.
9. Нечаев В.В., Панченко В.М., Комаров А.И. «Межпредметный системообразующий базис организации процесса подготовки специалистов по научным направлениям» Научно-практический журнал «Открытое образование», 2012 г. №5
10. Нечаев В. В., Панченко В.М., Комаров А.И. «Методическое обеспечение ИТ-образования в вузе: от технологии подготовки учебных материалов к организации индивидуальной учебной деятельности обучаемого». Современные информационные технологии и ИТ-образование / Сборник трудов VII МНПК. Под ред. проф. В.А. Сухомлина. — М.: ИНТУИТ.РУ 2012. — 1050с.
