авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки

Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ "ЛЭТИ"

УДК 004.05(67)+612.081.2+303.8

№ госрегистрации

Инв. №_

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по научно-образовательной деятельности СПбГЭТУ "ЛЭТИ" д.т.н., профессор _ Д. В. Пузанков «_» 200 г.

ОТЧЕТ ПО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ (промежуточный за 2003-2006 год) по теме:

ИНФОРМАЦИОННАЯ СРЕДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОБУЧЕНИЯ СО СВОЙСТВАМИ АДАПТАЦИИ НА ОСНОВЕ КОГНИТИВНЫХ МОДЕЛЕЙ [электронная версия для ознакомления] представленные научные результаты выступают объектом правовой охраны, см. сайт автора http://www.vetrovan.spb.ru.

Исполнитель А. Н. Ветров ассистент Научный руководитель Н. Н. Кузьмин к.т.н., профессор Нормоконтролер М. Ю. Шестопалов к.т.н., доцент Санкт-Петербург, PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Список исполнителей Ассистент (аспирант) кафедры автоматики и процессов управления, А. Н. Ветров (исполнитель, разработка индивидуальной темы) Список нормоконтролеров Заведующий кафедрой автоматики и процессов управления СПбГЭТУ "ЛЭТИ", к.т.н., профессор Н. Н. Кузьмин (научный руководитель, техническое задание) Зам. заведующего кафедрой автоматики и процессов управления СПбГЭТУ "ЛЭТИ", к.т.н., доцент А. А. Алексеев Зам. заведующего кафедрой автоматики и процессов управления СПбГЭТУ "ЛЭТИ", к.т.н., доцент М. Ю. Шестопалов Заведующий кафедрой банковского дела МБИ, д.э.н., профессор Г.Н. Белоглазова Заведующий кафедрой финансов МБИ, д.э.н., профессор Н.Н. Погостинская Заведующий кафедрой бухгалтерского учета, анализа и статистики МБИ, к.э.н., профессор Г.Н. Бургонова [форма подписана нормоконтролерами со стороны МБИ, форма не подписана со стороны СПбГЭТУ "ЛЭТИ" по вине руководства кафедрой АПУ с 2007 г. по непонятным причинам] PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Реферат Отчет содержит _ с., _ ч., _ рис., _ табл., _ источников, _ приложений.

ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ СРЕДА, АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ (ДИСТАНЦИОННОЕ) ОБУЧЕНИЕ, КОГНИТИВНАЯ МОДЕЛЬ, ТЕХНОЛОГИЯ КОГНИТИВНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ, МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ КОГНИТИВНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ, АЛГОРИТМ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ КОГНИТИВНОЙ МОДЕЛИ, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОГНИТИВНОЙ МОДЕЛИ, АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ АПОСТЕРИОРНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕСТИРОВАНИЯ, КОМПЛЕКС ПРОГРАММ, АДАПТИВНОЕ СРЕДСТВО ОБУЧЕНИЯ Объектом исследования является информационная среда системы автоматизирован ного (дистанционного) обучения.

Предметом исследования выступает система автоматизированного (дистанционного) обучения со свойствами адаптации на основе когнитивных моделей.

Цель работы – системный анализ информационно-образовательной среды и повыше ние эффективности функционирования системы автоматизированного (дистанционного) обучения за счет реализации принципа индивидуально-ориентированного формирования знаний контингента обучаемых с использованием адаптивной генерации образовательных воздействий на основе блока параметрических когнитивных моделей.

Вначале выполнялся: анализ теоретических основ построения автоматизированных образовательных сред личностно-ориентированного и адаптивного обучения с использо ванием моделей субъектов и средств обучения;

анализ особенностей организации и техно логии автоматизированного индивидуально-ориентированного обучения, а также факто ров, влияющих на повышение эффективности информационного взаимодействия между субъектами и средствами обучения в процессе формирования знаний обучаемых.

В процессе выполнения работы проводилась разработка структуры и принципов функционирования компонентов информационно-образовательной среды системы автома тизированного обучения со свойствами адаптации на основе блока параметрических ког нитивных моделей;

технологии когнитивного моделирования, включающей методику ее использования, алгоритм формирования когнитивных моделей на основе двух способов представления, методики исследования параметров когнитивной модели субъекта обуче ния, алгоритм анализа апостериорных данных тестирования;

структуры когнитивных мо делей субъекта и средства обучения, а также осуществлялась постановка и осуществление экспериментальных исследований с использованием комплекса программ, включающего адаптивное средство обучения, основной и прикладной диагностические модули.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com В ходе проведения исследований использовались: на этапе анализа (2003 г.) – теория систем;

системный анализа, структурирование и представление знаний, а также психофи зиология восприятия, когнитивная психология и лингвистика;

на этапе разработки, реали зации и экспериментальных исследований (2004-2006 г.) – прикладные методы физиоло гии анализаторов, когнитивной психологии и лингвистики для обеспечения автоматизиро ванного тестирования индивидуальных особенностей личности субъектов обучения, лабо ратории кафедры с автоматизированными рабочими местами, содержащими необходимое аппаратное и программное обеспечение для постановки и проведения серии эксперимен тов, интегрированная RAD-среда программирования Borland C++ Builder для реализации компонентов, входящих в состав комплекса программ;

на этапе анализа (2006 г.) – пакет ста тистических программ SPSS 15 для статистической обработки апостериорных данных.

В ходе научно-исследовательской работы созданы: технология когнитивного модели рования, включающая набор методик и алгоритмов;

когнитивные модели субъекта обуче ния и средства обучения;

программный комплекс для автоматизации задач исследования.

Методика использования технологии когнитивного моделирования регламентирует последовательность использования технологии для анализа и повышения эффективности функционирования информационной среды системы автоматизированного обучения.

Для представления разрабатываемой структуры когнитивной модели и последующего ее наполнения значениями параметров разработаны две модели представления (рекомен дуемых основы): первая – сочетает графовую модель и теорию множеств;

вторая – много уровневая структурная схема, отражающая специфику исследуемого объекта.

Алгоритм формирования структуры когнитивных моделей предназначен для (ре)конструирования когнитивной модели (субъекта и средства обучения) посредством ис пользования одной из моделей представления (ориентированный граф или онтология).

Методика исследования параметров когнитивной модели субъекта обучения включа ет последовательность этапов и ряд шагов, обеспечивая при этом отбор актуального мно жества параметров содержащихся в теоретической (исходной) структуре когнитивной мо дели субъекта обучения и их добавление в БД программы для последующего проведения серии экспериментов;

подготовку прикладного диагностического модуля для автоматизи рованной диагностики значений параметров – подбор новых и модификация существую щих методик исследования актуального множества параметров когнитивной модели, а также добавление или удаление процедур реализующих исследование значений парамет ров;

реализацию автоматизированного тестирования контингента обучаемых и наполнение выявленными значениями портретов когнитивной модели субъекта обучения.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Алгоритм анализа апостериорных данных тестирования контингента обучаемых по средством основного диагностического модуля обеспечивает формирование интервальной шкалы и функции оценивания для поддержки процедуры автоматизированной диагности ки УОЗО посредством основного диагностического модуля и индивидуальных особенно стей личности субъектов образовательного процесса с использованием прикладного диаг ностического модуля, а также позволяет реализовать статистическую обработку апостери орные данных тестирования посредством использования набора коэффициентов.

Блок параметрических когнитивных моделей предназначен для использования в основе системы обучения и включает когнитивные модели субъекта обучения и средства обучения.

Когнитивная модель субъекта обучения – аккумулирует множество параметров ха рактеризующих индивидуальные особенности личности субъекта обучения.

Когнитивная модель средства обучения – содержит параметры, отражающие набор потенциально возможных видов и типов образовательных воздействий генерируемых средством обучения с учетом индивидуальных особенностей субъекта обучения.

Основные технико-эксплуатационные показатели созданного комплекса программ:

адаптивное средство обучения – реализует индивидуально-ориентированную генерацию образовательных воздействий на основе блока параметрических когнитивных моделей;

ос новной диагностический модуль – автоматизированное тестирование УОЗО;

прикладной диагностический модуль – автоматизированное тестирование ИОЛСО.

Степень внедрения – научные и практические результаты исследования использова лись с 2003 г. на кафедре Автоматики и процессов управления в учебном процессе Санкт Петербургского электротехнического университета "ЛЭТИ" при проведении лекционных и практических занятий по дисциплинам «Информатика» и «Интеллектуальные технологии представления знаний», а также с 2004 г. на факультете профессиональной переподготовки и повышения квалификации в учебном процессе Международного банковского института.

Полученные научные и практические результаты рекомендуется использовать в на учно-исследовательских и образовательных учреждениях для совершенствования подхо дов, методов и технологий, обеспечивающих разработку интеллектуальных и адаптивных средств обучения в основе автоматизированных образовательных сред.

Эффективность практического использования полученных научных результатов под тверждается статистическим обоснованием апостериорных данных экспериментальных исследований, полученных посредством специально разработанного комплекса программ.

Внедрение индивидуально-ориентированных моделей и технологий при разработке автоматизированных средств и сред обучения актуализирует проведение дальнейших ис следований информационного взаимодействия и совершенствования научных результатов.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Содержание Нормативные ссылки.................................................................................................................. Перечень определений............................................................................................................... Перечень сокращений и условных обозначений..................................................................... Введение................................................................................................................................... Анализ состояния проблемы и постановка задач исследования...................................... 1.

Целесообразность разработки адаптивных средств обучения................................ 1.1.

Специфика предложенного подхода и постановка комплекса задач исследования. 1.2.

Этапы проведения исследования.............................................................................. 1.3.

Создание среды автоматизированного обучения со свойствами адаптации на основе 2.

когнитивных моделей............................................................................................................... Модификации в организации и технологии обучения для реализации адаптации на 2.1.

основе когнитивных моделей.............................................................................................. Структура среды автоматизированного обучения со свойствами адаптации на 2.2.

основе когнитивных моделей.............................................................................................. Формальное описание адаптивной информационно-образовательной среды на 2.3.

основе теории управления.................................................................................................... Разработка технологии когнитивного моделирования для анализа автоматизированной 3.

образовательной среды............................................................................................................. Итеративный цикл технологии когнитивного моделирования............................... 3.1.

Методика использования технологии когнитивного моделирования............................ 3.2.

Модель (способ) представления структуры когнитивной модели............................ 3.3.

Алгоритм формирования когнитивной модели........................................................ 3.4.

Методика исследования параметров когнитивной модели субъекта обучения..... 3.5.

Методика анализа апостериорных данных тестирования....................................... 3.6.

Структура когнитивных моделей...................................................................................... 4.

Когнитивная модель субъекта обучения.................................................................. 4.1.

Когнитивная модель средства обучения................................................................... 4.2.

Комплекс программ для автоматизации задач исследования............................................ 5.

Структура комплекса программ для автоматизации задач исследования.............. 5.1.

Адаптивное средство обучения в автоматизированной образовательной среде.... 5.2.

Основной диагностический модуль.......................................................................... 5.3.

Прикладной диагностический модуль...................................................................... 5.4.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Специфика проведения исследований информационной среды автоматизированного 6.

обучения................................................................................................................................... Факторы влияющие на эффективность формирования знаний обучаемого в 6.1.

автоматизированной образовательной среде...................................................................... Особенности организации и план проведения эксперимента................................. 6.2.

Особенности исследования параметров физиологического портрета когнитивных 6.3.

моделей субъекта и средства обучения............................................................................... Особенности исследования параметров психологического портрета когнитивных 6.4.

моделей субъекта и средства обучения............................................................................... Особенности исследования параметров лингвистического портрета когнитивных 6.5.

моделей субъекта и средства обучения............................................................................... Статистическое обоснование повышения эффективности функционирования среды на 7.

основе когнитивных моделей................................................................................................... Особенности первичной обработки апостериорных данных.................................. 7.1.

Обоснование выбора совокупности методов статистической обработки 7.2.

апостериорных данных........................................................................................................ Обобщенные результаты статистического анализа апостериорных данных.......... 7.3.

Заключение............................................................................................................................... Список использованных источников....................................................................................... Приложение 1. Техническое описание адаптивного средства обучения для реализации автоматизированного индивидуально-ориентированного обучения контингента обучаемых по изучаемым дисциплинам, типовые бланки электронной зачетной книжки для регистрации успеваемости обучаемого и семантические модели хранения и извлечения информации.... Приложение Техническое описание основного диагностического модуля для 2.

автоматизации оценки уровня остаточных знаний контингента обучаемых.......................... Приложение 3. Техническое описание прикладного диагностического модуля для автоматизации исследования параметров физиологического портрета когнитивной модели Приложение 4. Техническое описание прикладного диагностического модуля для автоматизации исследования вектора конвергентных интеллектуальных способностей.... Приложение 5. Результаты статистической обработки апостериорных данных диагностики параметров когнитивной модели субъекта обучения и карточки для регистрации результатов. Приложение 6. Личные карточки испытуемых для регистрации апостериорных данных автоматизированной диагностики уровня остаточных знаний и индивидуальных особенностей личности субъектов обучения психологических, (физиологических, лингвистических)……………………………………………………………………………..... PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Нормативные ссылки Индекс Описание стандарта Примечание Стандарты качества: модель для обеспече ния качества при проектировании и/или ISO разработке, производстве, монтаже и об (1987) служивании средств и сред обучения Группа стандартов на разработку автома тизированных обучающих систем: основ ISO ные понятия Общее руководство качеством: стандарты ISO 9000- по обеспечению качества и руководящие (1991) указания по их применению Информационные технологии: оценка про Два стандарта (ISO/IEC 9126 и граммного обеспечения, характеристика ISO/IEC 9127) в настоящее вре качества и руководящие положения по ISO/IEC мя введены на территории РФ и применению, а также аналитические пока имеют соответственно обозна затели: надежность, сопровождаемость, (1991) чения ГОСТРИСО9126- 1993 и удобство применения, эффективность, ГОСТРИСО9127 – 1994.

универсальность, корректность Для оценки качества программ Системы обработки информации: доку ных средств используется также ISO/IEC ментация пользователя и информация на ГОСТ28195-89.

9127 (1988) обложке пакетов программ Информационная технология: руководя ISO/IEC TR щие положения по управлению докумен 9294 (1990) тацией на программное обеспечение Информационные технологии: пакеты ISO/IEC прикладных программ, требования к каче ству и тестированию (1994) Стандарт определяет шесть основных ха рактеристик для оценки качества: перено ISO/IEC симость, функциональность, надежность, удобство сопровождения, используемость;

производительность PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Перечень определений Дистанционное образование – комплекс образовательных услуг, предоставляемых широким слоям населения в стране и за рубежом посредством специализированной ИОС, базирующейся на информационных и коммуникационных технологиях обмена учебной ин формацией на расстоянии (спутниковых, радио, кабельных сетях), обеспечивающих откры тый доступ к информационным и образовательным ресурсам различного вида и назначения.

Автоматизированное (дистанционное) обучением – управляемый процесс форми рования знаний обучаемого посредством использования средств информационно образовательной среды на базе ИТ, реализующих интерактивный удаленный диалог пре подавателя и обучаемого на их автоматизированных рабочих местах с информационным центром образовательного учреждения согласно индивидуальному графику обучения, по зволяющему контролировать результаты самостоятельной работы, изменять режим ком пьютерного обучения согласно индивидуальным особенностям субъектов обучения.

Адаптивное средство обучения (электронный учебник) – автоматизированное ра бочее место, оборудованное набором аппаратного и программного обеспечения, которое позволяет обеспечить представление совокупности информационных фрагментов по пред мету изучения на основе набора моделей, алгоритмов и стратегий обучения в удобной фор ме контингенту обучаемых с учетом их уровня остаточных знаний, а также физиологиче ских, психологических и лингвистических и прочих особенностей.

Информационный фрагмент – порция информации или квант данных, отражающие содержание части, раздела, главы, параграфа, модуля, блока информации, имеющих смы словое содержание, декомпозиция которых невозможна (нецелесообразна) в процессе представления различными способами в пределах отображаемой экранной страницы.

Когнитивная модель – репертуар параметров, эшелонированный на совокупность портретов (адекватно аспектам рассмотрения) и стратифицированный на ряд множеств (множества видов свойств и свойств, множества векторов параметров и параметров).

Основной диагностический модуль – автоматизированное рабочее место, оборудо ванное набором аппаратного и программного обеспечения позволяющего реализовать ав томатизированное тестирование уровня остаточных знаний контингента обучаемых по средством набора вопрос-ответных структур (тестов) содержащихся в базе данных про граммной реализации и предъявляемых для последующего решения испытуемому.

Прикладной диагностический модуль – автоматизированное рабочее место, обору дованное набором аппаратного и программного обеспечения позволяющего обеспечить ав томатизированную диагностику индивидуальных особенностей (характеристик) личности субъекта обучения посредством набора специальных методик в основе базы данных.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Перечень сокращений и условных обозначений АОС автоматизированная обучающая система (среда) – АДО автоматизированное (дистанционное) обучение – АРМ автоматизированное рабочее место – БД(З) база данных (знаний) – БПКМ блок параметрических когнитивных моделей – ДЗ дополнительное задание – ДМ диагностический модуль – ДО дистанционное образование (обучение на расстоянии) – ИТ и ИКТ информационные и коммуникационные технологии – ИОЛСО индивидуальные особенности личности (способности) субъектов обучения – (обучаемый и тьютор) ИОС информационно-образовательная среда – ИЦ информационный центр – КК компьютеризированный курс – КМ когнитивная модель – КР курсовая работа – ЛВС локальная вычислительная сеть – МАДОП модель адаптивной обучающей программы – МДО модель дистанционного обучения – МТЗ модель требуемых знаний – ОИ(В) обучающая информация (воздействие) – ОУч образовательное учреждение – ПО программное обеспечение – РК рубежный (промежуточный) контроль – СР самостоятельная работа – ТКМ технология когнитивного моделирования – ТСМ теоретико-справочный модуль – УМК(П) учебно-методический комплекс (пособие) – УМО учебно-методический отдел – УОЗО уровень остаточных знаний обучаемых – ЭЗК электронная зачетная книжка – ЭУ электронный учебник – IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers Leaning Technology Task Force (ин ститут инженеров по электротехнике и радиоэлектронике и комиссия в области образовательных технологий) IPX/SPX – intranetwork packet exchange / sequence packet exchange (протокол для межсетевого обмена пакетами данных) ТСP/IP – transmission control protocol / internet protocol (протокол передачи данных для сетей интранет/Интернет) world wide Web (всемирная паутина) WWW – PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Введение Информатизация учреждений системы образования выступает сложной научной про блемой инициирующей рассмотрение широкого круга научных областей и создание инно вационных подходов, методов, технологий и алгоритмов при реализации и внедрении раз нородных средств автоматизации в основе ИОС, которые обеспечивают возможность сис темного анализа и повышения эффективности функционирования систем АДО.

Выделяют большое количество узловых аспектов информатизации образовательных учреждений: социально-экономический, региональный, организационный, внедренческий, технический, программный, педагогический, эргономический, философский и прочие.

Каждый из рассматриваемых аспектов обуславливает появление множества традици онных подходов и направлений исследования ИОС: организационное, техническое, мето дическое обеспечение (Р.И. Круподеров, А.Н. Тихонов);

проблематика внедрения и исполь зования ИКТ в сфере образования (А.М. Довгялло, В.Г. Кинелев);

развитие системы обра зования на фоне кризиса национальных факторов (В.П. Кашицин, В.А. Садовничий);

мате матические модели и методы анализа ИОС (Г. Хакен, М.А. Айзерман);

теории интеллекту альных систем и языков представления знаний (Ю.Б. Гуревич, Д.А. Поспелов);

моделиро вание и алгоритмизация учебного процесса (В.П. Беспалько, М.В. Кларин).

Внедрение технологий личностно-ориентированного обучения в основу автоматизиро ванных ИОС актуализирует рассмотрение ряда инновационных подходов: психофизиоло гия восприятия (В.М. Кроль, А.В. Бару);

когнитивная психология (А. Хаймен, В.Н. Дружи нин, М.А. Холодная);

когнитивная лингвистика (М.Л. Гик, Р.К. Потапова).

При реализации средств обучения нового поколения в основе автоматизированных ИОС классические модели в их основе утрачивают свою актуальность: линейная модель (Б.Ф. Скиннер), линейная модель с обратной связью (С.Л. Пресси), разветвленная модель (Н. Краудер), появляются разветвленная многоуровневая и адаптивная модели, позволяю щие обеспечить максимальную адаптацию процесса формирования знаний к индивидуаль ным особенностям контингента обучаемых, учитывая не только УОЗО, но и ИОЛСО (фи зиологические, психологические и лингвистические особенности).

Современный уровень развития ИКТ обуславливает возможность использования в ос нове ИОС технологий индивидуального, личностно-ориентированного и адаптивного обу чения, которые ранее практически не использовались ввиду сложности их внедрения.

Разработка интеллектуальных и адаптивных средств и сред обучения, позволяет су щественно повысить уровень качества (пере)подготовки специалистов посредством учета ИОЛСО, а также апробировать инновационные модели, методы и алгоритмы обучения.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Анализ состояния проблемы и постановка задач 1.

исследования Современное состояние на рынке образовательных услуг позволяет говорить о необ ходимости внедрения технологий и моделей личностно-ориентированного обучения для реализации адаптивных образовательных средств и сред в ИОС.

Информационная среда автоматизированного обучения и организация образовательного процесса в ней инициируют поиск и формирование различных видов обеспечения: организа ционное – структура ИОС и реализация управления на всех этапах обучения как сложного технологического процесса;

техническое – вид и особенности применяемых аппаратных и программных средств;

методическое – инструкции и руководства различным субъектам об разовательной среды;

внедренческий – направления внедрения средств ИКТ в учебный про цесс и подбор критериев для обеспечения оценки эффективности их использования.

1.1. Целесообразность разработки адаптивных средств обучения Разработка и внедрение технологий личностно-ориентированного обучения иниции рует учет ИОЛСО: физиологических, психологических, лингвистических и т. д.

Целесообразность проведения исследований для разработки и совершенствования ар хитектуры интеллектуальных средств обучения в адаптивных образовательных средах ак туализирует необходимость использования современных достижений информационных технологий, психофизиологии восприятия, когнитивной психологии и лингвистики.

1.2. Специфика предложенного подхода и постановка комплекса задач исследования Предложенный подход к созданию и оценке эффективности функционирования среды автоматизированного обучения со свойствами адаптации на основе КМ предполагает: во первых,- внесение организационных и технологических модификаций в структуру ИОС и принципы функционирования основных компонентов системы автоматизированного обу чения;

во-вторых,- разработку ТКМ, включающей методику ее использования, алгоритм формирования КМ на основе двух моделей представления (ориентированный граф соче тающий теорию множеств, многоуровневая структурная схема), методику исследования параметров КМ субъекта обучения, алгоритм анализа апостериорных результатов тестиро вания;

в-третьих,- разработку комплекса программ, включающего в состав адаптивное средство обучения (ЭУ), основной и прикладной диагностические модули.

Ввиду комплексности рассматриваемой научной проблемы разработка велась в рам ках нескольких этапов, предусматривающих практическое использование результатов.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 1.3. Этапы проведения исследования В ходе проведения научно-исследовательской и методической работы можно выде лить ряд этапов, каждый из которых характеризуется определенными научными теорети ческими и практическими результатами, которые легли в основу диссертации, а также ис пользовались в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного электротехни ческого университета "ЛЭТИ" и Международного банковского института.

Анализ современного этапа развития технологий обучения позволил выявить наибо лее существенные противоречия:

• новые ИТ предоставляют широкие возможности для организации процесса обуче ния, но уровень их применения в ВУЗах недостаточно велик;

• существующие технологии создания автоматизированных средств обучения и учеб но-методических комплексов практически не учитывают особенности обработки информации обучаемым как субъектом процесса обучения;

• совершенствование организации и технологии процесса АДО обуславливает необхо димость анализа эффективности функционирования ИОС с учетом разных ИОЛСО;

• требования к современным ИОС инициируют реализацию накопления и оператив ной обработки данных, характеризующих индивидуальную динамику изменения по казателей качества формирования знаний обучаемых.

На первом этапе (2003 – 2004) поступил с 1 мая 2003 г. в очную аспирантуру, при ступил с 1 сентября 2003 г. к преподавательской деятельности и разрабатывал методиче ское обеспечение дисциплины «Информатика», с 1 февраля 2004 г. проводил практические занятия и принимал зачеты по дисциплине «Интеллектуальные технологии представления знаний» в качестве преподавателя в двух группах дневного потока до 2006 г.;

осуществ лялся анализ литературных источников, патентные исследования с целью поиска возмож ных аналогов разрабатываемых объектов, а также выявлялись существующие проблемы, возникающие при создании, сопровождении и обслуживании компонентов ИОС систем АДО.

Согласно принципу открытого обучения, учебный процесс современного образователь ного учреждения основывается на использовании широких возможностей открытой ИОС, для формирования которой требуется активная работа специалистов по подготовке и сопровож дению электронных образовательных ресурсов, но недостаточно проработаны технологии создания таких учебно-методических материалов нового поколения, учитывающих ИОЛСО.

Проведенный анализ теоретических основ построения автоматизированных ИОС адап тивного обучения с моделью субъекта обучения позволил выделить ряд организационных мо делей и технологий взаимодействия субъектов с образовательными средствами, а также ос новных мероприятий при организации индивидуально-ориентированного формирования зна PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com ний как управляемого процесса: моделей репрезентации обучающих воздействий, алго ритмов обучения, специфики реализации мониторинга успеваемости и оценки УОЗО.

Полученные результаты обнародовались в форме выступлений и публикаций материалов на международных конференциях (МАН ВШ, Межрегиональный консорциум России):

1. IX международная научно-методическая конференция «Современные технологии обучения 2003», проходящая в Санкт-Петербургском государственном электротех ническом университете "ЛЭТИ", Санкт-Петербург, 23 апреля 2003 года:

• публикация и доклад в секции «Технологии обучения» на тему «Применение систем искусственного интеллекта в проблемном обучении на примере про граммно-диагностирующего модуля экспертной обучающей системы»;

2. II международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы эко номики и новые технологии преподавания», проходящая в Международном банков ском институте, Санкт-Петербург, 12-13 марта 2003 года:

• публикация и доклад в секции «Современные технологии обучения» на тему «Влияние раз вития информационных и коммуникационных технологий на общество и образование»;

• публикация и доклад в секции «Современные технологии обучения» на тему «Концепция разра ботки интеллектуальных обучающих систем на основе технологии быстрого прототипирования»;

• публикация и доклад в секции «Современные технологии обучения» на тему «Действующий демонстрационный прототип экспертной обучающей системы обучения как педагогическое программно-диагностическое средство»;

3. III международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы эко номики и новые технологии преподавания», проходящая в Международном банков ском институте, Санкт-Петербург, 11-13 марта 2004 года:

• публикация и доклад в секции «Математические методы и информационные тех нологии в экономике» на тему «Особенности обеспечения информационной безо пасности на уровне приложений в среде WWW с использованием PHP»;

• публикация и доклад в секции «Гуманитарные и социальные знания и их роль в экономике и образовании» на тему «Особенности профессиональной деятельно сти личности в условиях глобализации информационной среды»;

• публикация и доклад в секции «Образовательная политика и новые технологии преподавания» на тему «Когнитивная модель пользователя как средство коммуни кативного взаимодействия с системной дистанционного обучения»;

• публикация и доклад в секции «Образовательная политика и новые технологии преподавания» на тему «Основы технологии построения параметрических когни тивных моделей для задач среды дистанционного обучения».

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 4. II международная научно-методическая конференция «Управление качеством в со временном ВУЗе», проходящая в Международном банковском институте, Санкт Петербург, 17-18 июня 2004 года:

• публикация и доклад в секции «Управление качеством в ВУЗе» на тему «Приме нение экспертных обучающих систем для автоматизации контроля уровня зна ний по предметным областям»;

• публикация и доклад в секции «Управление качеством в ВУЗе» на тему «Особен ности применения экспертных обучающих систем для автоматизированной оценки квалификации профессиональных участников рынка ценных бумаг».

Подготовлены и опубликованы два раздела в коллективной монографии «Факторы ус пеха в образовательной деятельности ВУЗа» на тему «Тенденции развития информацион ной среды дистанционного образования» и «Когнитивная модель для адаптивных систем дистанционного обучения», а также осуществлялось оформление рукописи диссертации.

Проводилась разработка ТКМ (создан итеративный цикл ТКМ), осуществлялась реа лизация компонентов ИОС системы АДО со свойствами адаптации на основе КМ: основ ной диагностический модуль, который практически использовался на практических заня тиях по дисциплине «Искусственный интеллект в задачах управления» (дневной поток).

Разрабатывалось методическое обеспечение по дисциплине «Информатика».

Осуществлялось руководство дипломным проектированием на тему: «Разработка про граммного инструментария для оценки квалификации профессиональных участников рын ка ценных бумаг» (Зиновьева Н.Н., группа 8832, оценка ГАК «отлично»).

На втором этапе (2004 – 2005) приступил к чтению теоретического курса лекций и проведению практических занятий по дисциплине «Информатика», осуществлялась разра ботка структуры ИОС системы АДО со свойствами адаптации на основе БПКМ: исследо вались особенности каналов информационного взаимодействия субъектов и средств обу чения;

специфика организации, основные технологические этапы обучения как управляе мого процесса и принципы функционирования компонентов ИОС системы АДО.

Полученные результаты обнародовались в форме выступлений и публикаций материалов на ряде международных конференций (МАН ВШ, Межрегиональный консорциум России):

5. IV международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы эко номики и новые технологии преподавания», проходящая в Международном банков ском институте, Санкт-Петербург, 15-16 марта 2005 года:

• публикация и доклад в секции «Инновационные технологии образования» на те му «Особенности структуры информационной среды адаптивных систем ДО»;

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com • публикация и доклад в секции «Инновационные технологии образования» на те му «Структура когнитивной модели для поддержки информационной среды адаптивного обучения»;

• публикация и доклад в секции «Инновационные технологии образования» на тему «Ис следование конвергентных и дивергентных интеллектуальных способностей когнитив ной модели испытуемого для задач информационной среды адаптивного обучения».

6. III международная научно-методическая конференция «Управление качеством в со временном ВУЗе», проходящая в Международном банковском институте, Санкт Петербург, 21-22 июня 2005 года:

• публикация и доклад в секции «Мониторинг и поддержка системы управления качеством» на тему «Применение интеллектуальных обучающих систем (для ав томатизированной оценки уровня остаточных знаний по предметам изучения и диагностики конвергентных и дивергентных интеллектуальных способностей когнитивной модели субъектов информационной среды адаптивного автомати зированного обучения)».

Проводилась разработка методик и алгоритмов в основе ТКМ, получены структуры КМ субъекта обучения и средства обучения, реализованы принципы функционирования компонентов ИОС системы АДО со свойствами адаптации на основе БПКМ.

Разрабатывалась структура адаптивного средства обучения, реализованы основной диаг ностический модуль и прикладной диагностический модуль, которые впоследствии практиче ски использовались на практических занятиях по дисциплинам «Информатика» (дневной и вечерний поток) и «Интеллектуальные технологии представления знаний» (дневной поток).

Полностью создано методическое обеспечение дисциплины «Информатика»: разрабо тан курс лекций, изданы три методических указания к лабораторным работам.

Осуществлялось руководство дипломным проектированием на следующие темы:

• «Разработка диагностического модуля открытого образовательного портала для задач информационной среды автоматизированного дистанционного обучения»

(Блинков Р.Ю., группа 9832, оценка ГАК «отлично»);

• «Разработка программного инструментария диагностики уровня конвергентных интел лектуальных способностей когнитивной модели испытуемого для задач информацион ной среды адаптивного обучения» (Тасоева Е.Б., группа 9832, оценка ГАК «отлично»);

• «Разработка программного инструментария диагностики уровня дивергентных интеллек туальных способностей когнитивной модели испытуемого для задач информационной среды адаптивного обучения» (Федосеева Н.А., группа 9832, оценка ГАК «отлично»).

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com На третьем этапе (2005 – 2006) усовершенствовались принципы функционирования компонентов ИОС системы АДО, дорабатывались КМ субъекта обучения и средства обу чения, а также методики и алгоритмы расположенные непосредственно в основе ТКМ.

Осуществлялась разработка архитектуры и реализация процессора адаптивной репрезен тации информационных фрагментов в основе автоматизированного средства обучения (ЭУ) для реализации индивидуально-ориентированной генерации образовательных воздействий.

Полученные научные результаты обнародовались в форме выступлений и публикаций материалов на следующих региональных и международных конференциях проводимых МАН ВШ и Межрегиональным образовательным консорциумом России:

7. 4-я всероссийская научная конференция «Управление и информационные техноло гии 2006», проходящая в Санкт-Петербургском государственном электротехниче ском университете "ЛЭТИ", Санкт-Петербург, 10-12 октября 2006 года:

• публикация в секции «Информационные технологии управления и моделирова ния» на тему «Адаптивная информационная среда автоматизированного обуче ния на основе когнитивных моделей»;

• публикация в секции «Информационные технологии управления и моделирова ния» на тему «Когнитивное моделирование для анализа информационно образовательной среды».

8. Международная конференция «Проблемы кибернетики и информатики 2006», прохо дящая в Национальной академии наук Азербайджана, Баку, 24-26 октября 2006 года:

• публикация в секции «Проблемы управления и системный анализ» на тему «Ин формационная среда автоматизированного обучения со свойствами адаптации на основе когнитивных моделей».

Изданы методические указания к лабораторным работам по дисциплине Информатика для студентов первого курса:

• Ветров А.Н. Изучение операционной системы MS Windows 98/Me/2000: метод. указ.

к лаб. раб. / О.Ю. Белаш, А.Н. Ветров, Е.Е. Котова;

под ред. проф. Н.Н. Кузьмина. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. – 72с.;

• Ветров А.Н. Изучение пакета прикладных программ MS Office 2000: Текстовый ре дактор Word: метод. указ. к лаб. раб. / О.Ю. Белаш, А.Н. Ветров, Е.Е. Котова;

под ред. проф. Н.Н. Кузьмина. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. – 60с.;

• Ветров А.Н. Изучение пакета прикладных программ MS Office 2000: Система элек тронных таблиц Excel: метод. указ. к лаб. раб. / О.Ю. Белаш, А.Н. Ветров, Е.Е. Кото ва;

под ред. проф. Н.Н. Кузьмина. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. – 64с.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Опубликованы три научные статьи:

• Ветров А.Н. Подход к синтезу информационно-образовательной среды адаптивного дистанционного обучения с использованием методов и технологий когнитивного моделирования / А.Н. Ветров, Е.Е. Котова, Н.Н. Кузьмин // Вестник Украинского отделения Международной академии наук ВШ. – 2005. – 22с.;

• Ветров А.Н. Информационная среда автоматизированного обучения на основе ког нитивных моделей / А.Н. Ветров, Е.Е. Котова, Н.Н. Кузьмин // Вестник Московского отделения Международной академии наук ВШ, 2006. – 18с;

• Ветров А.Н. Адаптивная информационно-образовательная среда автоматизирован ного (дистанционного) обучения на основе параметрических когнитивных моделей / А.Н. Ветров, Е.Е. Котова, Н.Н. Кузьмин // Известия СПБГЭТУ, 2006. – 9с.

Проводилось формирование, проверка и модернизация методик и алгоритмов в осно ве ТКМ для системного анализа ИОС, уточнялись структуры КМ, модернизировались принципы функционирования компонентов ИОС системы АДО со свойствами адаптации на основе БПКМ, программно реализован процессор адаптивной репрезентации информа ционных фрагментов в основе архитектуры адаптивного средства обучения (ЭУ).

Модернизировалась программная реализация адаптивного средства обучения (ЭУ), осу ществлялось наполнение баз данных основного диагностического модуля и прикладного ди агностического модуля новыми тестами (методами исследования УОЗО и ИОЛСО), которые впоследствии практически использовались на практических занятиях по дисциплинам «Ин форматика» в дневном и вечернем потоке. Осуществлялось чтение теоретического курса лек ций в шести группах дневного потока и двух группах вечернего потока, а также выполнялся лабораторный практикум в трех группах дневного потока и двух группах вечернего потока.

Завершалось методическое пособие (учебник) и его электронный аналог по дисциплине «Информатика».

Используя методики и алгоритмы в основе ТКМ для системного анализа ИОС на практических занятиях по дисциплине Информатика поставлен эксперимент с использова нием разработанного комплекса программ: сформированы структуры КМ, включающие актуальное для целей исследования множество параметров;

проведена автоматизированная диагностика ИОЛСО, выступающих значениями параметров КМ субъекта обучения за счет использования прикладного диагностического модуля;

реализована индивидуально ориентированная генерация информационных фрагментов контингенту обучаемых посред ством адаптивного средства обучения;

проведено автоматизированное тестирование УОЗО посредством основного диагностического модуля;

обеспечен анализ полученных результа тов с использованием алгоритма обработки апостериорных результатов тестирования.

Осуществлялась статистическая обработка экспериментальных данных.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com На четвертом этапе (2006 –2007) проверка корректности полученных результатов, статистический анализ полученных закономерностей, формулирование выявленных зависи мостей, определение направлений и задач дальнейших исследований ИОС системы АДО.

Полученные научные результаты обнародовались в форме выступлений и публикаций материалов на следующих международных конференциях, которые проводились МАН ВШ и Межрегиональным образовательным консорциумом России:

9. VI международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы эко номики и новые технологии преподавания», проходящая в Международном банков ском институте, Санкт-Петербург, 13-14 марта 2007 года:

• публикация и доклад в секции «Образовательная политика и новые технологии преподавания» на тему «Анализ информационной среды автоматизированного обучения со свойствами адаптации на основе когнитивных моделей»;

• публикация и доклад в секции «Образовательная политика и новые технологии преподавания» на тему «Программное обеспечение автоматизированной образо вательной среды со свойствами адаптации на основе когнитивных моделей».

10. XIII международная научно-практическая конференция «Современное образование: со держание, технологии, качество», проходящая в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете "ЛЭТИ", Санкт-Петербург, 19 апреля 2007 года:

• публикация и доклад в секции «Перспективные технологии обучения» на тему комплекс для исследования адаптивной информационно «Программный образовательной среды на основе когнитивных моделей».

Определение направлений и задач системного анализа для дальнейшего исследования и развития информационной среды автоматизированного обучения со свойствами адапта ции на основе когнитивных моделей, усовершенствование методик и алгоритмов в основе технологии когнитивного моделирования, а также модернизация полученных ранее струк тур когнитивных моделей субъекта обучения и образовательного средства.

Резюмируя результаты научно-исследовательской и методической работы за 4 года:

1. Разработана структура ИОС системы АДО со свойствами адаптации на основе КМ:

• представлены модификации в организации и технологии АДО, обеспечивающие реализацию адаптивной модели обучения, позволяющей обеспечить индивидуаль но-ориентированную генерацию образовательных воздействий на основе БПКМ;

• разработаны принципы функционирования компонентов ИОС системы АДО со свойствами адаптации на основе КМ (адаптивного средства обучения, основного и прикладного диагностического модуля), а также процессор адаптивной репрезен тации информационных фрагментов в основе средства обучения.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 2. Разработана ТКМ позволяющая обеспечить комплексный анализ и повышение эф фективности формирования знаний контингента обучаемых в ИОС системы АДО со свойствами адаптации на основе КМ:

• итеративный цикл технологии когнитивного моделирования;

• методика использования ТКМ для системного анализа ИОС системы АДО;

• две модели (способа) представления структуры КМ (граф, схема);

• алгоритм формирования структуры КМ;

• алгоритм обработки апостериорных результатов тестирования.

3. Сформирован блок параметрических КМ, включающий структуры КМ двух типов:

• КМ субъекта обучения;

• КМ средства обучения.

4. Разработан комплекс программ для автоматизации исследования ИОС системы АДО:

• адаптивное средство обучения;

• основной диагностический модуль;

• прикладной диагностический модуль.

Рассматривая методики и алгоритмы в основе ТКМ по отношению к различным эта пам АДО целесообразно выделить направления и задачи дальнейших исследований:

• на этапе идентификации и концептуализации – рекомендуется подобрать программ ное средство для визуализации процесса разработки концептуальной схемы иссле дуемого объекта в предметной области (субъект или средство обучения);

• на этапе формирования структуры КМ – выбор оптимальной и усовершенствование предложенных моделей представления сформированной структуры КМ;

• на этапе диагностики ИОЛСО – усовершенствование методики исследования КМ субъекта обучения и подбор современных методов диагностики параметров, входящих в портреты КМ;


• на этапе адаптивного обучения – усовершенствование алгоритмов в основе структу ры процессора адаптивной репрезентации информационных фрагментов;

• на этапе тестирования УОЗО – модернизация алгоритма обработки апостериорных ре зультатов тестирования, выбор вида шкалы и функции оценивания для реализации ав томатизированного тестирования посредством основного диагностического модуля, а также подбор набора аналитических коэффициентов для обеспечения оценки состояния испытуемого и качества используемого теста на основе апостериорных данных.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Создание среды автоматизированного обучения со 2.

свойствами адаптации на основе когнитивных моделей Создание контура адаптации в ИОС системы АДО инициирует добавление БПКМ, со держащего КМ субъекта (параметры, отражающие ИОЛСО) и КМ образовательного средст ва (параметры, характеризующие потенциально возможный набор типов и видов генерируе мых образовательных воздействий). При этом применение традиционных организационных моделей и технологий (классно-урочная и проектно-групповая) в основе ИОС системы АДО со свойствами адаптации на основе БПКМ приобретает особый интерес, поскольку позволя ет внедрить и апробировать инновационные подходы, методы, модели и технологии для реализации методического и прочих видов обеспечения процесса формирования знаний.

Реализация системы АДО со свойствами адаптации на основе БПКМ обуславливает модификацию существующей (изменение и добавление компонентов, повышающих эф фективность функционирования) или создание новой ИОС ОУч, что отражается на струк туре организационного, технического, методического и прочих видов обеспечения.

Обучение как технологический процесс представляет собой совокупность заделов (этапов) обеспечивающих трансформацию и перенос исходной информации из сознания преподавателя в сознание обучаемого: извлечение первичной информации (знаний экспер та в предметной области);

представление структурированной информации посредством определенной модели, отражающей содержание дисциплины;

сохранение информации в БД с предметным наполнением;

извлечение информации из БД средством обучения;

обра ботка информации с учетом множества параметров отображения;

генерация информаци онного фрагмента;

восприятие образовательного воздействия зрительной и слуховой сен сорными системами обучаемого;

обработка информации психофизиологическим конст руктом головного мозга обучаемого и ее понимание;

выборка операциональными структу рами мозга актуальной информации и ее использование в различных образовательных си туациях;

выработка решения (ответа на вопрос);

анализ корректности полученного реше ния (ответа), содержание которых существенно влияет на эффективность формирования знаний, повышение навыков и накопление опыта контингента обучаемых.

При реализации ИОС необходимо учитывать ИОЛСО и специфику процесса инфор мационного взаимодействия между субъектами и средствами системы АДО.

В основе созданной структуры ИОС находится компьютерная система АДО, реали зуемая по модульному принципу (классически), но, наряду с ЭУ и диагностическим моду лем, структурно включающая модуль адаптации на основе БПКМ, который позволяет реа лизовать индивидуально-ориентированную модель обучения.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 2.1. Модификации в организации и технологии обучения для реализации адаптации на основе когнитивных моделей Организация ИОС системы АДО со свойствами адаптации на основе КМ предполага ет ряд модификаций непосредственно представленных на рис. 2.1.

Информационный центр АДО Терминал обучаемого УМО Обучаемый Электронная библиотека Утверждение Работа с УМП (ЭУ) учебных планов Информационные Выполнение основных и ДЗ ресурсы Деканат Выполнение КР Разработка Получение консультаций учебных графиков Выполнение тестов УОЗО Кафедра Преподаватель Прохождение аттестации Подготовка УМК, Консультирование разработка Выполнение тестов ИОЛСО учебных графиков Контроль обучения Анализ причин затруднений в Подготовка тестов ходе обучения с учетом ИОЛСО Доп. обучение ИОЛСО Выполнение заданий Оценка знаний развивающих ИОЛСО Сервер(ы) в локальной Аттестация вычислительной сети Автоматизированное рабочее место образовательного Формирование УМП обучаемого (удаленный пункт учреждения доступа к образовательным ресурсам (центр дистанционного Тестирование ИОЛСО центра дистанционного обучения) обучения в ВУЗе) Рис. 2.1. Модификации в организации информационной среды образовательного учреждения для обеспечения учета индивидуальных особенностей личности субъектов обучения ИЦ ОУч высшего образования обслуживает совокупность подразделений: учебно методический отдел (УМО), деканат факультета, кафедру, обеспечивающие образователь ный цикл по комплексу дисциплин согласно учебному плану, используя для этой цели УМК по дисциплинам и привлекая преподавателей, владеющих ИТ обучения.

ИЦ ОУч содержит АРМ преподавателей и обучаемых, которые оборудованы техниче скими средствами обеспечения доступа к основным компонентам ИОС системы АДО (ЭУ и ДМ) и информационным ресурсам образовательного назначения (электронная библиотека).

Для реализации в ИОС дополнительного контура адаптации на основе ИОЛСО орга низационным единицам необходимо выполнить ряд мероприятий (функций):

• информационный центр – обеспечить подготовку тестов ИОЛСО (кафедра или под разделение), осуществить тестирование ИОЛСО (преподаватель);

• АРМ (терминал) обучаемого – на начальном этапе выполнить тесты ИОЛСО и при необходимости тесты развивающие ИОЛСО (обучаемый).

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com АДО рассматривается как информационный процесс, построенный по принципу обрат ной связи и включающий последовательность этапов обработки информации (рис. 2.2):

• планирование процесса обучения на семестр – осуществляется деканатом;

• подготовка УМК по дисциплинам – формирование УМК на кафедрах;

• фаза АДО по предметам изучения – реализуется ПО поддержки цикла обучения и адаптивным средством обучения (ЭУ), осуществляющим управление процессом АДО на основе УОЗО и ИОЛСО в процессе СР обучаемого над комплексом дисцип лин, используя УМП на бумажном и электронном носителях;

• анализ и контроль – преподаватель общается с контингентом обучаемых посредст вом набора технических средств ИОС АДО, а также при личном контакте: проводит консультации, дополнительное обучение и оценку УОЗО.

Планирование Подготовка УМК Фаза АДО Анализ и контроль Обучаемый Преподаватель Учебные планы Учебный с учетом график по Модель требуемых знаний мероприятий дисциплинам личностно- кафедры Кафедра Консультации ориентированного обучения Учебный Контроль выполнения график плановых Тестирование ИОЛСО мероприятий Деканат ЭЗК Создание УМП по дисциплинам Модель текущих знаний кафедры обучаемого Учебный УМП по дисциплине Выработка рекомендаций график по анализ и прогнозирование специальности на семестр КР по дисциплине Оценка знаний с учетом индивид. траектории Внесение в ПР по дисциплине учебный Рекомендуемый стиль график ДЗ по дисциплине представления инф.

мероприятий по Причины затруднений в Предметные тесты организации процессе обучения адаптивного Тесты ИОЛСО обучения Рис. 2.2. Модификации в технологическом процессе формирования знаний при реализации автоматизированного личностно-ориентированного обучения На этапе подготовки УМК требуется подготовить тесты ИОЛСО, на этапе анализа и контроля протестировать ИОЛСО посредством прикладного диагностического модуля, а за тем выявить рекомендуемый стиль представления информации, причины затруднений обу чаемого в процессе обучения и занести результаты в электронную записную книжку (ЭЗК).

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 2.2. Структура среды автоматизированного обучения со свойствами адаптации на основе когнитивных моделей Общая структура системы АДО со свойствами адаптации на основе параметрических КМ (рис. 2.3) включает 6 каналов и 2 уровня информационного взаимодействия (исследу ются прямая и обратная связи первого и второго уровней):

• первый уровень – содержит канал инкапсуляции знаний (семантическая модель со держания дисциплины), канал анализа параметров КМ субъекта обучения и канал анализа эффективности обучения (УОЗО);

• второй уровень – включает канал репрезентации знаний, канал диагностики ИОЛСО, канал тестирования УОЗО.

Администратор Автор Тьютор Гость Абитуриент Учащийся nm Электронный учебник канал канал (задачник, лабораторный практикум) с инкапсуляции модели репрезентации поддержкой адаптивной генерации требуемых знаний знаний обучающих воздействий Потребители информации (знаний):

Источники информации (знаний):

Когнитивная Когнитивная Обратная связь Обратная связь {ПИ1, ПИ2, ПИ3, …, ПИm} {ИИ1, ИИ2, ИИ3, …, ИИn} модель модель первого уровня второго уровня средства субъекта информационного информационного обучения обучения взаимодействия взаимодействия Блок параметрических когнитивных моделей Прикладной диагностический канал анализа канал модуль параметров диагностики с процедурами диагностики когнитивной модели ИОЛСО параметров когнитивной модели Основной диагностический канал анализа канал модуль эффективности тестирования с процедурами оценки уровня обучения УОЗО остаточных знаний обучаемого Рис. 2.3. Структура системы автоматизированного (дистанционного) обучения со свойствами адаптации на основе когнитивных моделей Субъекты ИОС системы АДО дифференцируются на две категории: источники (тью тор, преподаватель, эксперт) и потребители информации (гость, абитуриент, обучаемый) как агрегата знаний по набору дисциплин. Опосредованность информационного взаимодействия между субъектами различных категорий, взаимодействующих посредством средств ИОС системы АДО существенно влияет на уровень формирования знаний, навыков и опыта обу чаемого, поэтому актуализируется необходимость рассмотрения физиологических, психоло гических и лингвистических особенностей канала информационного обмена в ИОС системы АДО. Использование представленной схемы организации ИОС системы АДО оправдано, если число обучаемых (m) существенно превосходит число преподавателей (n).


PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 2.3. Формальное описание адаптивной информационно образовательной среды на основе теории управления Главное требование к современным АОС заключается в обеспечении максимальной степени индивидуализации управляемого процесса формирования знаний контингента обучаемых, т.е. его адаптации к каждому конкретному обучаемому, что не осуществимо при традиционных методах массового обучения. Обучаемый выступает сложным объектом и его точной априорной модели не существует, но, согласно теории управления, без адап тации невозможно построение эффективного управления данным объектом.

Целесообразным является рассмотрение общих принципов построения адаптивных систем обучения с моделью обучаемого и специфики синтеза моделей обучения.

Многие полагают, что понятия «система обучения» и «обучающая система» не явля ются идентичными. Под системой обучения понимают обучаемого и обучающую его сис тему. Обучающая система представляет собой систему управления сложным объектом – обучае мым с его моделью. Сформулируем теперь задачу обучения конкретнее и формализуем:

• цель обучения Z * – определяется методическими рекомендациями и требованиями к профессиональной (специальной) подготовке;

• ОИ, предъявляемую обучаемому и под воздействием которой у него должны сфор мироваться определенные знания, умения, выработаться необходимые навыки, оп ределяемые целью обучения;

• модель обучаемого – набор параметров характеризующих особенности восприятия, обработки и понимания содержания информационных фрагментов;

• алгоритм обучения – правило генерации очередной порции ОИ в процессе обучения.

Обучающая система как элемент системы обучения показана на рис. 2.4.

Y* X Y F ИОС DY Обучаемый U* V* ФПО ФТ I DХ (ЭУ) (ДМ) Модель U V I* требуемых БОИ знаний (МТЗ) X* R** Алгоритм Z* R* обучения Методические U V F указания и инструкции, Блок параметрических содержащиеся когнитивных моделей в УМК Обучающая система Рис. 2.4. Блок схема системы обучения с моделью обучаемого PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Систему обучения образуют обучаемый и средства обучения в ИОС (датчик D X ).

К элементам обучающей системы относят систему обучения и обучаемого, а также:

• КМ – описывает оценку Y вектора состояния Y обучаемого в функции состояния среды X и обучающего воздействия U: Y = F ( X *, U ), а состояние Y обучаемого определяется оператором F°: Y = F 0 ( X, U ), где оператор F модели обучаемого подлежит определению и адаптации в процессе обучения;

• алгоритм обучения имеет дуальное назначение. Во-первых, он определяет то, че му следует учить обучаемого обучающее воздействие):

(формирует U = ( X *, Y, Z *, R), где – алгоритм обучения;

Y – оценка состояния знаний обучаемого, полученная с помощью модели F;

Z * – цель обучения, заданная тью тором (методистом, педагогом);

R – ресурс обучения, состоящий из двух компо нент: R = ( R*, R ** ), где R * – внешний ресурс, определяемый возможностями сис темы обучения, R ** – внутренний ресурс, выделяемый обучаемым F 0 на обуче ние (например, время на обучение). Во-вторых, алгоритм обучения определяет тесты V, ответы на которые несут информацию о КМ F обучаемого:

V = ( X *, Y ), где – алгоритм синтеза теста V;

• банк обучающей информации (БОИ) содержит набор информационных фрагмен тов I, необходимых для усвоения обучаемым в процессе обучения;

• формирователь порции обучения (ФПО) определяет порцию информации, переда ваемую обучаемому для изучения на шаге обучения: U * = 1 (U, I ), где 1 – алго ритм формирования порции, U – адреса в БОИ, а U * – содержание;

• формирователь тестов (ФТ) работает аналогично: V * = 2 (V, I ). Обучаемый в системе обучения представляет собой «преобразователь» состояния среды X и порции обучающей информации U * в состояние Y. Информацию об этом со стоянии можно получить с помощью тестовых вопросов V * : Y * = DY (Y, V * ), где DY – оператор преобразования тестовой задачи V * и состояния Y обучаемого в ответ Y * (он реализуется самим обучаемым). Возможен случай U = V, что зна чительно упрощает обучающую систему.

Ключевыми являются модель обучаемого F, алгоритм обучения и алгоритм диаг ностики. Для простоты будем предполагать, что имеет место U = V, т.е. =.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com Разработка технологии когнитивного моделирования для 3.

анализа автоматизированной образовательной среды ТКМ предназначена для проведения первичного анализа, выработки требований и ог раничений, структурирования полученных данных, формирования КМ субъекта и средства обучения с использованием двух способов представления (ориентированный граф и онто логия объекта в данной области), размещения БПКМ в ИОС системы АДО, моделирова ния, статистического анализа для выявления существенных закономерностей.

Контур управления системой АДО является замкнутым контуром, предусматриваю щим обратную связь (сбор, накопление информации, генерация образовательных воздей ствий, диагностика УОЗО и ИОЛСО, выявление зависимостей). Мониторинг и контроль процесса обучения заключается в целенаправленном накоплении информации с после дующей ее классификацией, упорядочением и структурированием. Структурированная информация о состоянии субъекта обучения позволяет модифицировать алгоритмы гене рации образовательных воздействий в процессе контролируемого формирования знаний, умений и навыков, учитывая ИОЛСО при работе с УМК, модернизировать образователь ные программы, адаптировать комплекс программ, включить в образовательный процесс новые методики изучения дисциплин и т.д. Создание ТКМ целесообразно и оправдано для проведения системного анализа и исследования ИОС системы АДО.

Технология отражает последовательность этапов, обеспечивающих ряд мероприятий:

• сбор первичных сведений об исследуемом объекте в данной предметной области;

• подбор совокупности научных аспектов раскрывающих свойства и динамику функ ционирования объекта исследования;

• (ре)конструирование структуры КМ и изменение способа ее представления;

• осуществление структурного и параметрического анализа сформированной КМ;

• использование КМ исследуемого объекта в среде его функционирования;

• моделирование, направленное на диагностику значений параметров КМ;

• анализ апостериорных данных различными статистическими методами с целью вы явления закономерностей функционирования объекта исследования;

• интерпретация выявленных закономерностей с целью формализации достоинств и недостатков объекта исследования в среде его функционирования;

• накопление новых знаний об исследуемом объекте, процессе или явлении.

ТКМ позволяет повысить эффективность формирования знаний обучаемых в ИОС АДО.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 3.1. Итеративный цикл технологии когнитивного моделирования Итеративный цикл ТКМ отражает последовательность основных этапов, которые обеспечивают процесс системного анализа и исследования ИОС системы АДО (рис. 3.1).

1а Изменение набора 1 Первичные представления Э+К Идентификация ситуации задач исследования и об исследуемой (объекта исследования) ограничений ситуации (объекте) 2 Концептуальная схема 2а К Концептуализация ситуации Модификация исследуемой ситуации в (объекта исследования) набора концептов, предметной области описывающих объект Структурированные знания 3а К Модификация Структурирование ситуации о ситуации (объекте) в концептуальной предметной области схемы объекта 4 Построение 1-го и 2-го К+(П) 4а Изменение способа Формализация уровня структуры представления когнитивной модели когнитивной модели 5 Верификация первого 5а Модификация первого К+А Структурный анализ уровня структуры уровня структуры когнитивной модели когнитивной модели Верификация второго 6а Модификация второго К+А Параметрический анализ уровня структуры уровня структуры когнитивной модели когнитивной модели 7 Размещение полученной 7а П Несоответствия и Реализация модели в основе среды затруднения при исследования интеграции модели 8 8а Моделирование Э+К+А Проблемы Моделирование основанное измерения и учета на целостном подходе параметров 9 Статистическая обработка 9а Выявление А Анализ полученных с помощью закономерностей и когнитивной модели неоднозначностей 10 10а Интерпретация Научное Э+А Предметная интерпретация полученных зависимостей обоснование и закономерностей полученных результатов 11 Новые знания о динамике 11а Добавление новых Э+А Синтез развития ситуации в аспектов рассмотрения предметной области объекта исследования Рис. 3.1. Итеративный цикл технологии когнитивного моделирования Для сложных ИОС АДО ТКМ предусматривает возможность привлечение ряда кон сультантов-экспертов в предметной области, которые обозначены литерами: методист (Э) – эксперт в области педагогики;

когнитолог (К) – специалист в области инженерии знаний, обеспечивающий корректность полученной структуры КМ;

системный аналитик (А) – спе циалист в области системного анализа и моделирования ИОС;

программист (П) – квалифи цированный специалист, владеющий современными методами и подходами к реализации высокотехнологичных средств ИОС посредством использования сред программирования.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 3.2. Методика использования технологии когнитивного моделирования Данная методика регламентирует последовательность использования ТКМ (рис. 3.1).

Для использования технологии когнитивного моделирования по отношению к объекту исследования в предметной области необходимо выполнить ряд условий на каждом этапе 1 Обеспечивается сбор сведений (целей, задач, ограничений к ИОС) необходимых и На этапе достаточных для формирования структуры когнитивной модели (предусматривается идентификации привлечение экспертов при необходимости), определяется набор портретов ПРi модели 2 Выделяются ключевые понятия (свойства Сk и параметры Пm), относящиеся к особенностям На этапе объекта исследования в предметной области. Определяются классы понятий (портреты ПРi, виды концептуализации свойств ВСj) и подгруппы параметров (векторы параметров ВПl) исследования, задаются ОДЗ 3 Определяются отношения и связи между выделенными ключевыми понятиями (свойства и На этапе параметры) и их классами (портреты и виды свойств), а также подгруппами параметров (векторы структурирования параметров), характеризующими объект исследования в предметной области – поле знаний 4 Обеспечивается построение (дополнение) структуры когнитивной модели На этапе посредством использования одной из формальных (неформальных) моделей формализации представления данных и знаний из области теории интеллектуальных систем 5 Необходимо провести анализ связей и корреляционных зависимостей между На этапе струк выделенными понятиями (параметрами). Каждый портрет (ПРi) в структуре турного анализа когнитивной модели должен включать совокупность векторов параметров (ВПl) 6 Множества параметров в рамках различных портретов не должны пересекаться и быть На этапе парамет противоречивыми, а полученная структура когнитивной модели должна удовлетворять рического анализа целям, требованиям и ограничениям, выработанным по отношению к объекту исследования 7 Осуществляется практическое использование когнитивной модели в основе ИОС. Для На этапе реализации этого полученная структура наполняется значениями параметров, которые учитываются при генерации информационно-образовательных воздействий средствами обучения 8 Осуществляется накопление информации о состоянии объекта исследования как На этапе целостной системы и его элементах в частности, а также анализ адекватности и моделирования взаимного влияния параметров, характеризующих динамику его функционирования 9 Проводится обработка апостериорных статистических данных моделирования На этапе анализа и формулируются выводы об эффективности функционирования объекта исследования в целом и его элементах в частности 10 Формулируются объективные выводы на основе полученных данных с точки На этапе предметной зрения различных предметных областей (согласно выбранному спектру аспектов интерпретации рассмотрения объекта исследования) 11 Формулируются задачи по совершенствованию структуры когнитивной модели в На этапе синтеза ширину и глубину с учетом результатов предметной интерпретации и динамики (прогрессивной, регрессивной) развития исследуемой ситуации (объекта) Рис. 3.2. Методика использования технологии когнитивного моделирования PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 3.3. Модель (способ) представления структуры когнитивной модели Структура КМ представляет собой (ре)конструируемый репертуар, эшелонированный на совокупность портретов, каждый из которых стратифицирован на совокупность видов свойств, свойств, векторов параметров и параметров, характеризующих объект исследования.

КМ может быть представлена: формальными (теория множеств, теория графов) – рис.

3.3 и неформальными методами и моделями представления знаний (структурная схема, концептуальная схема, онтология объекта исследования в предметной области) – рис 3.4.

Используя аппарат теории графов, КМ представляет собой ориентированный граф, в вер шинах которого сосредоточены (сверху вниз): портреты, виды свойств, свойства, векторы параметров, параметры, которые образуют соответствующие множества на двух уровнях иерархии, характеризующие объект исследования в предметной области (рис. 3.3).

Выбранный объект исследования рассматривается в рамках ряда аспектов … Первый аспект Второй аспект i-й аспект Научная основа первого Научная основа второго Научная основа i-го … аспекта исследования аспекта исследования аспекта исследования Когнитивная модель характеризует специфические особенности функционирования (поведения) объекта исследования в рассматриваемой среде (области) с точки зрения выбранных аспектов … ПР1 ПР2 ПРi множество портретов I … ВС j ВС1 ВС множество видов свойств J C1 C2 Ck C множество свойств K ВП1 ВП 2 ВП1 ВП ВПl множество векторов параметров L Пm П1 П2 П1 П2 П1 П1 П1 П … множество параметров M Рис. 3.3. Рекомендуемая основа для построения структуры когнитивной модели в виде ориентированного графа (формальное представление) Использование представления КМ посредством теории множеств и графов (рис. 3.3) в основе компонентов ИОС системы АДО позволяет с минимальными издержками времени проводить ее реконструкцию и настраивать алгоритмы функционирования средств обучения.

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com На рис. 3.4 представлена когнитивная модель в виде структурной схемы.

Выбранный объект исследования рассматривается в рамках ряда аспектов … Первый аспект Второй аспект i-й аспект Научная основа первого Научная основа второго Научная основа i-го … аспекта исследования аспекта исследования аспекта исследования Когнитивная модель характеризует специфические особенности функционирования (поведения) объекта исследования в рассматриваемой среде (области) с точки зрения выбранных аспектов Первый портрет модели Второй портрет модели i-й портрет модели … Параметры Параметры Параметры характеризующие характеризующие характеризующие свойства i-го свойства первого свойства второго портрета портрета портрета Параметр 1 Параметр Первый вектор (группа) параметров Параметр 2 Параметр Параметр 1-1 Параметр 3 Параметр Параметр 1-2 Параметр Первый вектор Параметр 1-3 (группа) параметров Параметр Параметр 1-1 … Второй вектор (группа) параметров Параметр 1-2 Параметр m Параметр 2- l-й вектор (группа) параметров Параметр 2- Параметр 2-3 Параметр l- Рис. 3.4. Рекомендуемая основа для построения структуры когнитивной модели в виде структурной схемы (неформальное представление) Рекомендуется каждому научному аспекту рассмотрения объекта исследования ассо циировать определенный портрет КМ, в пределах которого располагаются виды свойств и свойства, векторы параметров и параметры. В процессе (ре)конструирования структуры КМ допустима редукция ее структуры (некоторые элементы могут отсутствовать).

На рис. 3.3 и 3.4 введены и используются следующие обозначения для различных эле ментов иерархической структуры, множеств и счетных индексов: ПРi – множество портре тов I и индекс портрета i, ВС j – множество видов свойств J и индекс вида свойства j, С k – множество свойств K и индекс свойства k, ВПl – множество векторов параметров L и ин декс вектора параметров l, П m – множество параметров M и индекс параметра m.

Непосредственное (ре)конструирование структуры КМ реализуется посредством алго ритма формирования КМ, при этом представляется возможность использования одной из моделей представления (ориентированный граф, структурная схема или онтология).

PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: http://www.docudesk.com 3.4. Алгоритм формирования когнитивной модели Данный алгоритм позволяет последовательно сформировать и реконструировать ст руктуры КМ субъекта и средства обучения на основе методики использования ТКМ с уче том рекомендуемого способа (модели) представления структуры КМ (рис. 3.5).

1 Исходя из полученных первичных представлений, требуется определить необходимое На этапе количество портретов (ПРi) в основе структуры когнитивной модели достаточных для идентификации проведения анализа объекта исследования, рассматриваемого в рамках ряда научных аспектов 2 Необходимо выделить (добавить) множество видов свойств (ВСj), которые На этапе характеризуют объект исследования с точки зрения определенного аспекта и концептуализации внести их в соответствующий портрет (ПРi) когнитивной модели 2.1 Требуется каждый вид свойств (ВСj) объекта исследования охарактеризовать На первом набором элементарных свойств (Сk). Если в виде свойств невозможно выделить шаге элементарные свойства, то он является элементарным свойством.

2.2 Каждое элементарное свойство (Сk) объекта исследования необходимо На втором охарактеризовать вектором параметров (ВПl). Если в элементарном свойстве шаге невозможно выделить вектор параметров, то переходят к следующему шагу.

2.3 Требуется определить элементарные параметры (Пm) входящие в основу На третьем каждого вектора параметров (ВПl). Если в векторе параметров невозможно шаге выделить элементарные параметры, то он является элементарным параметром.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.