Проектирование интеллектуальных систем дистанционного образования Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

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. . . //

Научно-практич. журнал “Дистанционное образование”, М.: МЭСИ, 2000. № 5.

4. .. . . .

Интеллектуальные САПР. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1997.

5. . . .

трудов "Объектно-ориентированный анализ и проектирование адаптивных интеллекту" : - , 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. -(Интернет-технологии, средства мультимедиа);

2. имитировать общение преподавателя со студентами и студентов друг с другом (дискуссии, доски объявлений, e-mail), поскольку эффективность обучения обуславливается участием в этом процессе преподавателя: обеспечивается индивидуальный подход и совместная групповая работа;

3. обеспечивать самостоятельное изучение учебных материалов студентами и тестирование (т.е. контроль усвоения учебного материала может осуществ-

, );

4. обеспечивать автоматизацию управленческих функций: регистрация студентов, обеспечение учебного процесса (доступ к учебно-методическим мате, , ,

e-mail).

Доступ к ресурсам и сервисам обучающей системы осуществляется через специализированный web-сайт ЦДО ТРТУ. Здесь абитуриенту предоставляется следующая информация: поступление, цены, учебные планы, курсы, регистрация, технологии обучения, технические требования, преимущества технологии ДО, вопросы и ответы, помощь. Студент же, который зарегистрировался в ИСДО, получает доступ к разделам: обучение, новости, приказы и распоряжения, услуги, помощь. Информационная модель ИСДО представлена на рис. 1.

Подобная организация учебного процесса предусматривает активную систему , . Выполнение заданий может осуществляться студентом в любое удобное для него время в достаточно плотном расписании занятий. Студент имеет возможность пре, ; , уже знает материал. Работа каждого студента должна быть не только индивидуальна и самоорганизуема (он может изучить сначала один курс, затем приступить к

, , -),

материала. С этой точки зрения ИСДО позволяет более четко осуществлять контроль за процессом обучения студентов (например, сроки прохождения тестов, время ответов на вопросы теста, повторное тестирование) и в то же время облегчает труд преподавателя, оставляя ему время для творческой работы: обновление (совершенствование) методических материалов и т.п.

Структура ИСДО может быть представлена в виде взаимодействия сервер.

Интернет и системы управления базами данных (например, SQL-сервер) (рис.2). Администратор системы может воздействовать на эти компоненты системы, . , -рые классифицируются тремя группами - студенты, преподаватели и гости системы. В соответствии с группой обеспечивается доступ к различным ресурсам сер.

Рис.1. Информационная модель ИСДО

Рис. 2. Функциональная структура ИСДО

ИСДО помимо процесса обучения позволяет студентам обмениваться сообщениями, как на учебные темы (дискуссии, где обсуждаются не только учебные

достижения, но и «открытия» студентов), так и на отвлеченные темы: книги, фильмы, спорт, компьютерные новости и т.д. Подобное общение не только не мешает , , -тов между собой и с преподавателями, делает обстановку в обучающей среде более дружелюбной [3].

ДО дает возможность принять участие в обучении тем, кто не может регулярно посещать аудиторные занятия, что хорошо дополняет существующую систему , -

, - .

Процесс создания ИСДО может быть разбит на несколько этапов. Рассмотрим наиболее важные из них.

Разработка комплекса математических моделей для интеллектуальной . , -

ния, массового использования автоматизированных обучающих систем, необходимо особое внимание уделять методике проектирования подобных систем, рассматривая автоматизированное обучение как процесс управления познавательной дея.

комплекса математических моделей, организующих процесс обучения: модель

, , , -( ).

Модель изучаемого предмета формируется на базе перечня учебного материала по каждому предмету, перечня всех разделов и тем этого материала, а также связей между темами.

Математическая модель оценки знаний сводится к графикам: «степени правильности» ответов студента на вопросы теста; изменения уровней сложности за; ; для итоговой оценки студента. Предусмотрены также возможности изменения рас-

« », -

подавателя и дисциплины.

Модель обучаемого отражает индивидуальную работу обучаемого с системой: изучаемые предметы, результаты пройденных тестов и т.д. Все данные о студенте с момента его регистрации в системе хранятся в БД: его ГО, изучаемые предметы, подробные результаты всех пройденных тестов (ответы на каждый вопрос) и т.д.

Модель специалиста отражает конечные цели обучения, т.е. какими знания,

какие курсы (предметы) ему для этого необходимо изучить. Модель представляется в виде ориентированного графа, где терминальные вершины (листья) помечаются определенными знаниями, умениями и навыками, а нетерминальные (узлы) -изучаемыми предметами, дуги графа отражают взаимосвязи между предметами.

Разработка представления учебного материала. Преподаватель готовит , -люстраций и контрольных вопросов, могут также включаться элементы гипертекста и мультимедиа [4]. Также составляется сценарий изучения курса для организации эффективной познавательной деятельности студентов. С помощью дизайнера

курсов учебные материалы по каждому курсу представляются в виде ИТМЬ-документа со следующей структурой:

1. Сведения об авторах курса.

2. Сведения о курсе и его структуре.

3. Количество модулей в курсе.

4. Кол-во часов для изучения.

5. Итоговый контроль (зачет/экзамен).

6. Сведения по структуре каждого модуля.

7. ( , ,

и т.д.).

8. , , .

Примеры к лекциям могут представлять собой: видео-фрагмент, тексты и рисунки, анимацию, аудио-фрагмент. Чтобы не загромождать материал объемными примерами, они выносятся на отдельные кнопки, которые располагаются непосредственно в тексте лекции, и по нажатию кнопки этот пример можно изучить подробно. С точки зрения эргономики, это улучшает восприятие материала.

Разработка служебных баз данных тестов. Все данные хранятся в базах данных, которые содержат информацию о тестах - параметры, вопросы ответы и т.д., это входные данные, а также информацию о результатах прохождения тестов

- , . ., -

ными [5].

Базы данных содержат индивидуальные настройки по каждому тесту, разбиения предметов на уровни, темы, а также вопросы и ответы, результаты прохожде-, , -ты будут прочитаны лично преподавателем.

Разработка алгоритмов адаптивного тестирования. Одной из проблем при разработке различных обучающих систем является разработка процедуры тестирования в дистанционной форме обучения, так как личный контакт преподавателя с обучаемым сведен к минимуму. Принцип обратной связи в этой технологии реализован с помощью адаптивного тестирования обучаемого на основе контроля . -стовых документов открывает новые возможности для решения такого рода задач. Система адаптивного тестирования [6,7] позволяет задавать вопросы по схеме, приближенной к обычной схеме опроса студента преподавателем. Каждый следующий вопрос задается системой в зависимости от ответов на все предыдущие вопросы.

Вопросы, задаваемые системой по каждому предмету, разбиваются на не-

( 3 9) -

.

среднего балла тестируемого студента (если данные о студенте не содержатся в базе, то выбор стартового уровня зависит от коэффициента доверия - параметра,

).

уровня обуславливают выбор следующего уровня. Он может остаться прежним, увеличиться на единицу или больше, может также понизиться.

,

данном студенте и выставляет ему комплексную оценку, учитывая такие парамет-

ры, как: количество правильных ответов, время прохождения теста, а также количество попыток прохождения каждого уровня. Таким образом, система адаптивного тестирования позволяет максимально приблизить процесс дистанционного контроля знаний к непосредственному контролю знаний преподавателем, при этом оценка знаний студентов становится более полной и достоверной, чем при использовании обычного тестирования.

Разработанная система адаптивного тестирования подразумевает следующую классификацию всех возможных типов вопросов в любой предметной области (типы вопросов были разработаны на основе соображений об универсальности, а также на примере российских и зарубежных аналогов):

1. Простейшие - вопросы типа «верно ли?» и т.п. с однозначным ответом: т/тт.

2. -

предложенного списка: а) только один ответ в списке может быть верным; б) несколько различных ответов могут быть верными, причем отметить надо все верные ответы.

3. -

, .

4. -

, -ет только одно общее понятие.

5. -

на группы по принципу принадлежности их к одному из указанных общих понятий.

6. -,

последовательности.

7. Определение термина - дается определение (словесное описание) термина, необходимо ввести с клавиатуры описанный термин.

8. - , -ходимо этот пропуск заполнить.

9. - , .

ответы будут прочитаны лично преподавателем, являющимся автором курса. Для всех типов вопросов разработаны бланки. Подобная классификация типов вопросов облегчает процесс их составления, а также обработки в автоматизированной системе адаптивного тестирования.

Разработка алгоритмов оценки знаний студентов.

, -

, . для испытуемого на основе нечётких множеств [8]: “ неудовлетворительно”, “ниже среднего”, “удовлетворительно”, “хорошо”, “отлично”. Для каждой положительной

- - ( ) -мо разработать соответствующий набор вопросов. Итак, имеем 4 уровня сложно: , , -

, .

успеха отвечающего. Введем нечёткую характеристику «правильности» ответа на

вопрос. Эта величина показывает, насколько успешно студент ответил на текущий вопрос - правильно, немного спорно, неточно (ошибочно) и неправильно. По мере увеличения правильных ответов увеличивается и уровень сложности задаваемых вопросов, и наоборот. В результате, итоговая оценка зависит от следующих факторов: пропорционального количества вопросов разной сложности, текущей оценки, правильности ответов на вопросы (рис.3), времени ответа на вопросы. Важной особенностью системы является ее интеллектуальность, что выражается в моделировании поведения экзаменатора в случае уверенности или неуверенности в знани-,

.

Рис.3. Результаты тестирования на основе нечетких отношений

Разработка системы защиты информации от несанкционированного доступа. Дистанционное образование использует технологии удаленного доступа к курсам, программам тестирования, электронным библиотекам и учебникам, которые размещены на сервере. Все эти элементы являются интеллектуальной собственностью и нуждаются в защите от несанкционированного доступа и копирова-.

Предлагаемая система защиты от несанкционированного доступа позволяет вести аудит сети и мониторинг пакетов с использованием событийной модели, функционирующей в реальном времени и решающей проблему зависимости от .

несанкционированного доступа через статистический анализ собственного журна.

путем решения общей задачи распознавания новых попыток при функционировании системы в режиме обучения.

Заключение. Разработанную ИСДО «KnowledgeCT» планируется использовать в учебных целях Центра дистанционного образования ТРТУ и филиалах университета. Система открыта для использования в любых учебных заведения и организациях (http://cdo.tsure.ru). ИСДО повышает эффективность образовательного процесса, позволяет индивидуализировать его, а также приобрести студентам навыки самостоятельной работы. Система позволяет производить не только оценку , , математических моделей обучаемого, сбора статистики. Система является гибкой, поскольку формат представления входных данных позволяет внести в базу тест практически по любому предмету, задать нужную конфигурацию этого теста. Обработка ИСДО результатов не занимает много времени и позволяет получить более полную и объективную оценку знаний студента.

ЛИТЕРАТУРА

1. Открытое образование - объективная парадигма XXI века / Под общей ред. Тихомирова В.П. // М.: Изд-во МЭСИ, 2000. 288с.

2. Интернет-обр^ование: не миф, а реальность XXI века / Под общей ред. Тихомирова В.П. // М.: Изд-во МЭСИ, 2000. 18%.

3. Карпенко Л.В. Сравнительный анализ традиционной и телекоммуникационной схем

- // -

ние, № 6, 1999. С.10-15.

4. Зинченко В.П., Мулинов В.М. Основы эргономики: Учебное пособие. М., 1979.

5. Попов ДМ., Калашникова ТТ. Использование Internet/Intranet для дистанционного обу-

// « электротехнических дисциплин». Тезисы докладов. Астрахань: АГТУ, 1998.

6. . ., . . // I -

ский конгресс женщин-метематиков // Тезисы докладов. Красноярск, 2000. С.84.

7. . ., . ., . ., . .

конструирования компьютерных педагогических тестов. М.:ВТУ, 2000.

8. . . // -родной конференции «Открытое образование в России XXI века». Тезисы докладов. М.: МЭСИ, 2000. С.183-188.

УДК 007.52:611.81:1

И.Н. Голец, Д.И. Попов МОДЕЛЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Введение. Проблема представления знаний - одна из наиболее важных и актуальных проблем в организации учебных и образовательных процессов. Главные вопросы на этом пути - следующие:

1. , , динамическими?

2. , , стороны, и легко доступны, с другой?

3. ?

4. ?