Разработка информационной системы обучения информатике иностранных студентов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Интернационализация образования является одной из наиболее характерных особенностей развития образования в мире в последние десятилетия XX и начала XXI века, чему способствуют углубление процессов политической и экономической интеграции, снижение военного противостояния, развитие глобальных систем телекоммуникаций и другие факторы.

Не менее важным элементом интернационализации образования в мире является миграция студентов с целью получения образования в других странах. Миграция студентов предполагает их пребывание в стране в течение всего периода обучения, который в большинстве случаев начинается с изучения языка и подготовительного курса для поступления в тот или иной университет. По данным ЮНЕСКО число студентов, обучающихся за рубежом, за последние 40 лет увеличилось более чем в 10 раз.

Создание благоприятных условий для ускорения интернационализации образования в России и, в первую очередь, для значительного увеличения контингента иностранных учащихся в отечественных вузах и колледжах, представляется одним из наиболее важных направлений международной деятельности российских вузов в период проводимых в стране политических и экономических преобразований. Работа в этом направлении позволит значительно увеличить внебюджетные источники финансирования и самофинансирования отечественных учебных заведении, сохранить преподавательские кадры, привлечь дополнительные валютные средства для развития территорий и т.д.

Целью данной работы является разработка информационной системы обучения информатике иностранных студентов.

1. СПЕЦИФИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ИНФОРМАТИКИ ИНОСТРАННЫМ СТУДЕНТАМ

1.1 Обучение иностранных студентов

Одним из важнейших показателей качества и эффективности образовательной деятельности вуза, определяющим его престиж на национальном и международном уровнях является наличие иностранных студентов.

Иностранные граждане обучаются в вузах как за счет собственных средств, так и в рамках имеющихся межвузовских и межправительственных соглашений. Так, например, на основе Соглашения между Министерством образования РФ и Министерством образования штата Баелса (Нигерия) Воронежский институт высоких технологий (ВИВТ) принимает студентов из этой африканской страны. В результате договора между Воронежским Институтом Высоких Технологий и Университетов г.Хьюэ (СРВ) ВИВТ принимает студентов для обучения по основной пятилетней программе и в аспирантуре.

Включенное обучение в университете в рамках имеющихся международных договоров проходят также студенты Рурского университет (г.Бохум, Германия), Университета им. Ф.Шиллера (г.Йена, Гемрания), Университета Марии Кюри Склодовской (г.Люблин, Польша), Лодзинского университета (г.Лодзь, Польша), Карлова университета (г.Прага, Чехия), Китайского университета международных отношений (г.Пекин, КНР) и многих других.

За последние пять лет количество иностранных студентов, обучающихся в Воронежском Институте Высоких Технологий около 60 человек (Рис. 1.1).



Рис. 1.1 - Численность иностранных студентов в ВИВТе за 2003-2009 гг

Географическая структура иностранных студентов обучающихся в Воронежском Институте Высоких Технологий представлена выходцами из различных стран, находящихся в различных климатических зонах и часовых поясах. К примеру в ВИВТ обучаются представители таких стран как Афганистан, Нигерия, Кения, Сирия, КНР, Пакистан, Танзания, Турция, Марокко, Тунис и Ирак. Детально просмотреть информацию о географической структуре иностранных студентов ВИВТ можно на Рис 1.2.

Рисунок 1.2 - Географическая структура иностранных студентов ВИВТ

Обучение иностранных студентов на контрактной основе является одним из важнейших источников получения внебюджетных средств, поэтому продвижение Воронежского Института Высоких Технологий на мировом рынке образовательных услуг является стратегической задачей всей международной деятельности вуза. С целью повышения эффективности этой работы в сентябре 2005 года был создан сектор маркетинга образовательных услуг для иностранных граждан, который проводит анализ мирового рынка образовательных услуг, а также занимается поиском и набором иностранных учащихся.

Учет и регистрацию иностранных студентов в ВИВТ, а также информационно-воспитательную работу среди них осуществляет сектор методической работы с иностранными гражданами.

1.2 Особенности адаптации иностранных студентов и влияние системы исходного языка на формирование системы русского языка

Обучение иностранных студентов в нашей стране имеет давние традиции. Почти 50 лет назад открылись в Москве первые курсы, где начали обучать русскому языку как иностранному. Тогда же появились первые работы по методике преподавания. Однако помимо методических задач, возникших в связи с приездом иностранных студентов, обнаружились и психологические проблемы, на которые обращалось намного меньше внимания.

Понятие адаптации - одно из основных в биологии. Это процесс, направленный на сохранение гомеостаза (состояния стабильности организма), суть которого в приспособлении организма к условиям среды.

Адаптация проявляется сразу же с момента возникновения организма и не прекращается ни на секунду. Она существует как на молекулярном уровне, так и на уровне человеческого поведения.

Тем не менее, считается, что любая адаптация расходует структурные, генетически детерминированные ресурсы организма, следовательно, чересчур активная, даже успешная, адаптация "съедает" жизненные запасы человека.

Видимо, главное в адаптации все же - степень приспособления организма к условиям среды, а также возможности, которые у него имеются для того, чтобы поддерживать функционирование на нужном уровне, то есть так называемая адаптированность.

Адаптация студентов к условиям обучения в вузах имеет, конечно, свою специфику. Иностранные студенты, приезжающие на учебу в нашу страну, должны адаптироваться не только к вузу, как российские студенты, не только к жизни в общежитии, но и к жизни в чужой стране. Эти условия адаптации оказываются для них зачастую экстремальными.

К факторам, ухудшающим адаптацию в экстремальной или сложной ситуации, относится недостаток информации. Этот фактор считается основной причиной дезадаптации. Именно из-за недостатка информации могут включаться эмоции и начинаться стрессовые состояния.

Если представить человека субъектом диалога культур, то речь неизбежно пойдет о конкретных языках. Они -- при всей их гибкости, всеохватности и приспособляемости (адаптивной способности) -- отражают схемы, передающиеся из поколения в поколение, управляющие категоризацией мира, национальным видением вещей и событий, детерминирующие сознание каждого носителя данного языка и задающие его поведение. Ведь родной язык -- это система, которую в норме человек усваивает с младенчества вместе и параллельно со становлением мыслительной способности без осознанного желания освоить именно систему (тем более, именно эту систему), и в ходе ее использования длительно и с усилием (стихийно и в обучении) совершенствует ее. Впитанные поистине «с молоком матери» мыслительная и языковая системы осознаются человеком и всем этносом как единственно правильные, даже единственно возможные.

Это обстоятельство создает серьезные преграды на пути межкультурного диалога, требующего как раз обратной убежденности -- в том, что факты иной культуры суть не менее правильные, хотя и являются иными решениями общих и специфических проблем. Поверить во «множественность истин», принять то, что не соответствует или даже противоречит существующему в родном языке, оказывается намного труднее, чем выучить новые формы и категории как таковые.

По словам британского методиста, «английский язык синонимичен английскости, т.е. пониманию того, кто есть настоящие англичане». Точно так же и русский язык есть выразитель русскости, и это делает его ценным партнером в любом межкультурном диалоге. Переводя ментальность одной культуры в термины и образы другой, люди и достигают понимания, превращая диалог в дружескую беседу, приятную и взаимополезную.

Духовное состояние характеризуется расширением сознания, активным включением в процесс постижения истины подсознания, установлением коммуникативной связи сознания и подсознания и, тем самым, резким расширением информационной базы понимания проблемы, энергетической активизацией.

Разрабатывая методику подготовки людей к межкультурному диалогу, методисты не могут замыкаться в лингвистике, поскольку реальное общение не ограничивается лексико-грамматической, вообще языковой компетенцией, оно требует лингвострановедческих и прагматических знаний. Полная передача их иностранцу вряд ли достижима, но их интегрирование в преподавание иностранных языков, в учебники, в образование учителей, т.е. целенаправленная выработка межкультурной компетенции становится насущной основой взаимообогащающего общения народов мира.

Иноязычные коммуниканты, общаясь, действуют в соответствии со своими нормами вербального и невербального поведения, полностью никогда не совпадающими с родными нормами пришельца. Чтобы избежать «культурного шока», нередко весьма болезненного, обе стороны должны взаимно прилагать сознательные усилия к принятию чужих норм, к «вживанию» в культуру друг друга.

С учетом национально-языковой специфики восприятия и усвоения русского языка учащимися отбирается, организуется, излагается и закрепляется учебных материал и строится весь учебный процесс наиболее оптимальным образом для данного языкового контингента., коммуникативной направленности, определяются адекватные формы и приемы обучения.

Представление учащимся учебных материалов направлено на формирование у них новой внутренней языковой системы -- системы русского языка, русского языкового сознания. Этот процесс происходит поэтапно, по мере усвоения новых языковых явлений, а также новых понятий, специфичных для русского языка. Формирование системы русского языка неизбежно проходит под влиянием сложившейся ранее системы языка каждого учащегося и имеющегося языкового сознания. Это влияние носит положительный характер -- при имеющихся межъязыковых соотношениях сходства, проявляющийся в положительных переносах совпадающих элементов из одной системы в другую, или отрицательный характер -- при имеющихся межъязыковых соотношениях различия или частичного несовпадения, проявляющийся в интерференции, т. е. в противодействии сформированной системы формированию новой.

электронный учебник дистанционный

2. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Выше были описаны методологические и технологические основы процесса обучения, рассмотрены некоторые из существующих технологий, в частности технологии программированного, компьютерного и дистанционного обучения. Применение этих технологий в процессе обучения тесно связано с применением специализированных обучающих программ и программных комплексов. Проведенный анализ привел к выводу о том, что при создании обучающих систем требуется использование современных технологий разработки информационных систем.

Технология разработки обучающих систем должна удовлетворять следующим требованиям: технология и инструментальные средства должны быть инвариантны к предметным областям, для которых создаются обучающие системы; создаваемые обучающие системы должны поддерживать разнообразные информационные технологии; технология должна базироваться на распространенных, преимущественно стандартных (типовых), аппаратных и программных решениях; создаваемые обучающие системы должны основываться на единых методических и интерфейсных решениях, унифицируемых в рамках данной технологии; в разрабатываемых обучающих системах должны быть реализованы функции адаптации к уровню подготовки обучаемых (диагностируемым исходным знаниям и умениям), а также задачам и условиям профессиональной подготовки; технология и инструментальные средства должны обеспечить поддержку и интеграцию деятельности различных категорий проектировщиков и пользователей (преподавателей (авторов курсов), методистов, программистов и других); должна быть обеспечена возможность модификации (корректировки, наращивания, развития) создаваемых обучающих систем без их полномасштабного перепроектирования.

В настоящее время существует большое количество методологий и технологий разработки информационных систем. Однако они не нашли пока широкого применения при разработке интерактивных обучающих систем.

2.1 Классификация средств обучения

C точки зрения управления учебным процессом все обучающие системы можно разделить на два класса:

1. класс: обучающие системы, в которых управление процессом обучения возложено на пользователя. Содержит изложение учебной дисциплины или ее раздела в соответствии с ее логикой на машинном носителе в текстовом и графическом форматах. Обучающие системы данного класса отличаются между собой функциональностью, свойствами, способами их реализации и делятся на следующие подклассы:

1.1. Электронные учебник или методическое пособие с последовательной структурой - можно рассматривать как электронную копию традиционного печатного учебника или пособия. Структура представления материала на машинном носителе является последовательной.

1.2. Электронные учебник или методическое пособие с гипертекстовой структурой - Представление учебной дисциплины на машинном носителе имеет гипертекстовую структуру.

1.3. Полнотекстовая база данных - Имеется возможность обращения по ссылкам в авторском изложении учебной дисциплины к оригинальным текстам других авторов. Как авторский текст, так и тексты других авторов могут иметь гипертекстовую структуру представления на машинном носителе.

1.4. Электронная библиотека - система, управляющая комплексом электронных учебно-методических материалов различного класса по различным учебным дисциплинам, позволяющая обучаемому выполнять поиск информации (поиск по ключевым словам, поиск по предметной области) пространство поиска должно допускать расширение, причём необходима организация взаимодействия с соответствующей библиографической системой.

1.5. Мультимедийные электронные учебник или методическое пособие Изложение учебной дисциплины полностью выполнено или дополнено изложением в аудио, видео форматах. Данная система позволяет обучаемому наблюдать динамику изучаемых явлений и изменять параметры этой динамики. Система может обладать всеми или несколькими свойствами полнотекстовых баз данных.

1.6. Электронные учебник или методическое пособие со средствами рубежного контроля - после каждого раздела учебной дисциплины системой формируется оценка, которая является основой для самоконтроля обучаемого. Система может обладать всеми или несколькими свойствами мультимедийных систем.

2. класс: обучающие системы, самостоятельно управляющие учебным процессом. Содержит изложение учебной дисциплины или ее раздела в соответствии с ее логикой на машинном носителе в текстовом, графическом, аудио, видео форматах. В конце каждой порции изложения учебной дисциплины в данных системах обучаемому предоставляются проверочные задания. В отличие от систем первого класса, в данных системах ответы и действия обучаемого влияют на дальнейший ход процесса обучения. Степень управления учебным процессом напрямую зависит от степени адаптации системы под конкретного обучаемого, поэтому обучающие системы данного класса разделяются на подклассы по степени их адаптивности и способами реализации адаптации:

2.1. Автоматизированная обучающая система (АОС) с линейной моделью обучения - Структура представления материала на машинном носителе является последовательной. В зависимости от результатов проверки обучаемому предоставляется очередная (следующая) порция учебного материала, либо он возвращается к дополнительному изучению предшествующей порции. Система может обладать всеми или несколькими свойствами мультимедийных систем 1 класса.

2.2. Автоматизированная обучающая система (АОС) с разветвленной моделью обучения - Для каждой порции учебной дисциплины в системе задано несколько вариантов изложения материала, различающихся по степени подробности, глубине изложения, а так же несколько вариантов предлагаемых в конце каждой порции проверочных заданий с различными уровнями сложности. Данная система адаптируется по глубине, степени подробности изложения изучаемого материала и сложности проверочных заданий, что позволяет ей формировать индивидуальную траекторию обучения. Реализуется параметрическая и структурная адаптация.

2.3. Автоматизированная обучающая система (АОС) с адаптацией по форме изложения - Обучаемый имеет возможность выбирать форму изложения учебной дисциплины: преимущественно или текстовая, или графическая, или аудио, или видео форма. Система может обладать всеми или несколькими свойствами АОС с разветвленной моделью обучения.

2.4. Автоматизированная обучающая система (АОС) с адаптацией по логике изложения - Контроль обучаемого осуществляется на основе сопоставления моделей о предметной области учителя (эталонной модели) и обучаемого. В данных системах реализуется структурная адаптация. Реализуется параметрическая и структурная адаптация.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.1 - Классификация моделей обучения

2.5. Мультиагентная автоматизированная обучающая система (АОС) с адаптацией по объекту и целям обучения - управление учебным процессом осуществляется коллективом агентов, каждый из которых в отдельности обладает всеми свойствами обучающих систем предыдущих подклассов.

Коллектив агентов составляется каждый раз под конкретного обучаемого, под его цели обучения. На рисунке 2.1 представлена классификация моделей обучения.

2.2 Системы дистанционного обучения

Системы дистанционного обучения бывают различной степени сложности. Визуально иерархию систем дистанционного обучения можно представить в виде пирамиды, изображенной на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Иерархия систем дистанционного обучения

В основании пирамиды находятся Средства разработки курсов. Эти системы обеспечивают возможность разработки дистанционных учебных материалов на основе визуального программирования или текстовых редакторов.

На втором уровне располагаются Системы управления курсами, которые позволяют создавать каталоги графических, звуковых, видео- и текстовых файлов. Такая система представляет собой специализированную базу данных, снабженную механизмами поиска по ключевым словам (метаданным), агрегирования учебного контента, документооборота и т.п.

На третьем уровне находятся Системы управления обучением, которые позволяют управлять процессом обучения - реестром пользователей и их правами доступа, назначениями пользователям курсов, сбором и хранением информации о действиях пользователей (статистика обучения, посещаемости, используемости ресурсов).

На верхнем уровне пирамиды располагаются Системы управления обучением и контентом, сочетающие в себе систему управления процессом обучения и систему управления учебным контентом.

2.3 Автоматизированные обучающие системы

Автоматизированные обучающие системы представляют собой комплексы научно-методической, учебной и организационной поддержки процесса обучения, проводимого на базе компьютерных, или, как их также называют, информационных технологий. С позиций современной дидактики введение информационной среды и программного обеспечения внесло огромное количество новых возможностей во все области процесса обучения. Компьютерные технологии представляют собой принципиально новые средства обучения. За счет своего быстродействия и больших резервов памяти они позволяют реализовывать различные варианты сред для программированного и проблемного обучения, строить различные варианты диалоговых режимов обучения, когда так или иначе ответ учащегося реально влияет на ход дальнейшего обучения.

Вследствие этого современный педагог с неизбежностью должен осваивать новые образовательные подходы, опирающиеся на средства и методы индивидуального компьютерного обучения. В общем случае педагог получает доступ к компьютерным средствам, информационной среде и программным продуктам, предназначенным для обеспечения преподавательской деятельности. Все эти средства образуют комплексы автоматизированных обучающих систем.

В рамках автоматизированных обучающих систем на сегодняшний день решается ряд задач обучения. В первую группу можно отнести задачи проверки уровня знаний, умений и навыков учащихся до и после обучения, их индивидуальных способностей, склонностей и мотиваций. Для таких проверок обычно используют соответствующие системы (батареи) психологических тестов и экзаменационных вопросов. К этой же группе относятся задачи проверки показателей работоспособности учащихся, что осуществляется путем регистрации таких психофизиологических показателей, как скорость реакции, уровень внимания и т.д.

Вторая группа задач связана с регистрацией и статическим анализом показателей усвоения учебного материала: заведение индивидуальных разделов для каждого учащегося, определение времени решения задач, определение общего числа ошибок и т.д. К этой же группе логично отнести решение задач управления учебной деятельностью. Например, задач по изменению темпа предъявления учебного материала или порядка предъявления учащемуся новых блоков учебной информации в зависимости от времени решения, типа и числа ошибок. Таким образом, эта группа задач направлена на поддержку и реализацию основных элементов программированного обучения.

Третья группа задач АОС связана с решением задач подготовки и предъявления учебного материала адаптации материала по уровням сложности, подготовки динамических иллюстраций, контрольных заданий, лабораторных работ самостоятельных работ учащихся. В качестве примера уровня таких занятий можно указать на возможности использования различных инструментов информационных технологий. Другими словами, использования программных продуктов, дающих возможность формирования различных сложных лабораторных и др. практических работ. Например, таких, как сборка «виртуального» осциллографа с последующей демонстрацией его возможностей по регистрации усилению или синхронизации различных сигналов. Аналогичные примеры из области химии могут касаться моделирования взаимодействия сложных молекул, поведения растворов или газов при изменение условий эксперимента.

Техническое обеспечение автоматизированных обучающих систем основано на локальных компьютерных сетях, включающих автоматизированные рабочие места (АРМ) учащихся, преподавателя и линии связи между ними. Рабочее место учащегося, кроме монитора (дисплея) и клавиатуры, может содержать принтер, такие элементы мультимедиа, как динамики, синтезаторы звуков, текстовые и графические редакторы. Цель этих всех технических и программных средств состоит в обеспечении учащихся средствами решения, справочным материалом и средствами регистрации ответов.

Модели обучения автоматизированных обучающих систем

В настоящее время разработано большое число электронных учебных материалов, в качестве которых выступают электронные учебники, электронные учебные пособия, автоматизированные обучающие системы и т.п. Существующие электронные учебные материалы решают те или иные задачи обучения с большей или меньшей эффективностью, которая определяется, прежде всего, степенью управляемости обучаемым в процессе обучения. В условиях нарастающего интереса, к созданию различных вариантов электронно-методических материалов возникает необходимость в классификации этих материалов с целью оценки их различия и определения области применения. Уже существует ряд классификаций обучающих систем по различным их свойствам. Однако нет классификации, отражающей управляемость обучаемого системой, что при расширяющемся использовании электронных учебных материалов, является важным на данный момент.

Предлагаемая ниже классификация ранжирует различные реализации электронных учебно-методических материалов по распределению ролей между обучаемым и системой, реализуемых ими в процессе обучения.

1. Технизация процесса обучения. Технологизация педагогических методов

Систематическими исследованиями проблем обучения первыми занялись психологи через изучение психофизиологических особенностей обучаемых. В психологии обучение понимается так же как в педагогике - усвоение обучаемым определенной системы знаний, умений и навыков. При этом, с точки зрения психологии, важную роль в обучении играет память, т.е. такие важнейшие психические процессы, как запоминание и забывание, характеризующие усвоение знаний. В результате экспериментов психологов, были получены различные коэффициенты и зависимости, на основе которых были созданы первые модели обучения (так, например, модель Эббингауза, детерминированная формула Терстоуна). Позднее данные модели были переведены в вероятностную форму. Данные модели используются разработчиками систем на последующих этапах развития моделей обучения.

Идея автоматизации учебного процесса на данном этапе сводилась к использованию, главным образом, различных технических средств обучения (ТСО), дополняющих учебный процесс. Все разработки были направлены на создание обучающей технической среды. При этом технологичность процесса обучения определялась объемом применения ТСО как дополнительного средства обучения. Постепенно исследователи переходили к идее применения ТСО не как дополнения учебного процесса, а как устройства, берущего на себя некоторые функции учителя. Т. к. ТСО не обладали свойством управления учебным процессом, реализация с их помощью функций учителя, т.е. замена учителя техническим средством для управления или сопровождения хотя бы части учебного процесса было невозможно. В результате исследователи пришли к необходимости осмыслить сам учебный процесс, формализовать его и описать как технологический процесс.

На данном этапе учебный процесс стал объектом исследований. Был исследован сам учебный процесс, а так же различные способы его организации, основанные на различных педагогических методах. При этом основной принцип построения учебного процесса заключался в системе последовательных, четко описанных действий, выполнение которых ведет к заранее запланированной цели. Первым результатом этих исследований и одновременно основой последующих моделей обучения в начале 60-х годов XX века стала модель программируемого обучения, представленная во множестве изданий. Сутью данной модели является адаптация учебного процесса под четко заданные цели. Цели представлены некоторым эталонным результатом, например, заданные правильные ответы. После сравнения результата с эталоном ставится оценка, которая является единственной характеристикой обучаемого. В зависимости от оценки выбирается следующий этап учебного процесса, при неудовлетворительной оценке могут быть выбраны и альтернативные способы изложения материала. Такие модели могут быть реализованы как линейными так и разветвленными схемами обучения. При использовании только одной характеристики обучаемого идея о построении его модели не рассматривается, объектом управления остается сам учебный процесс, уже внутри которого находится объект - обучаемый.

2. Реализация моделей обучения на основе метода пакета прикладных программ

Данный этап охарактеризован реализацией идей программированного обучения в электронных учебно-методических материалах (например, АОС) на основе метода пакета прикладных программ. Основным принципом данного метода является разделение библиотеки стандартных программ и программ, управляющих ресурсами машины и библиотекой. Для взаимодействия пользователя с системой используется диалоговый компонент со специальным входным языком, позволяющим давать четкие команды вызова обучающей системе. Схема процесса обучения в АОС следующая: обучаемому предъявляется порция обучающей информации (ОИ), дается проверочное задание, осуществляется проверка правильности ответов и определяется следующая порция ОИ. При линейной схеме обучения план обучения задается разработчиками заранее с расчетом на среднего обучаемого и не корректируется в процессе обучения. Несколько позднее, реализовали разветвленные (более сложные) схемы обучения, в которых обучаемые были разделены на группы и план обучения задавался для каждой группы отдельно с расчетом на среднего обучаемого этой группы. Характеристикой обучаемого является номер его группы или оценка. Отнесение обучаемого к группе или оценка определяется только по его ответам. Метод ППП позволяет реализовать данные схемы: входной язык диалогового компонента достаточен для принятия ответов обучаемого, а программа, управляющая библиотекой, способна вызвать программы расчета оценок обучаемого и выбрать следующий этап учебного процесса.

АОС с разветвленными схемами обучения позволяли задавать индивидуально план обучения для каждой группы обучаемых, однако такие планы обучения все равно рассчитаны на среднего обучаемого, но уже для группы. Исследователи пришли к пониманию что для эффективного управления таким сложным объектом, как обучаемый, для которого невозможно заранее создать точной и полной траектории обучения, необходимо индивидуализировать процесс обучения для каждого обучаемого, а для этого системе необходимы знания об обучаемом, изучаемой им среде и возможностях управления учебным процессом.

3. Реализация моделей обучения методом экспертных систем

Для получения большей эффективности управления обучаемым исследователи обратились к более глубокому изучению понятия «адаптации». Адаптация, как процесс приспособления к объекту управления имеет несколько иерархических уровней, соответствующие различным этапам управления обучаемым:

Параметрическая адаптация реализуется путем подстройки значений параметров модели обучаемого под его текущее состояние.

Структурная адаптация реализуется путем перехода от одной структуры к другой, структуры должны быть родственными между собой, но отличаться набором параметров и связей между ними. Например, при разветвленной схеме обучения для каждого типа обучаемого определена соответствующая модель, отличающаяся структурой с моделями других типов обучаемых. Такая структурная адаптация называется адаптацией по статической структуре. Другим способом реализации структурной адаптации является адаптация по функциональной структуре, что предполагает изменение функций управления программой обучения, т.е. изменение схемы взаимодействия системы и обучаемого. Функциональная структурная адаптация и адаптация по статической структуре так же могут быть реализованы системами «без памяти» и системами «с памятью».

Адаптация объекта управления. Всякий объект представлен в системе ограниченной моделью, все не попавшие в модель параметры и структуры считаются внешней средой. Данная адаптация реализуется путем расширения модели за счет добавления в модель новых параметров или структур из внешней среды.

Адаптация целей реализуется за счет выбора нового множества целей из множества возможных целей, определенных априори в системе. Все предыдущие уровни адаптации направлены на достижение целей, поставленных перед системой.

Для реализации всех рассмотренных уровней адаптации в моделях с разветвленной схемой обучения не хватало «знаний» об обучаемом. Это привело к созданию моделей обучения, в которых для управления процессом обучения используются модели об обучаемом наряду с наличием в системе экспертных знаний о предмете изучения и педагогических методах. Реализацией данного подхода стало появление в 1982 году новых структур обучающих систем на базе метода экспертных систем (ЭС).

Главным отличием данной модели обучения от предыдущих, является возможность не закладывать априори последовательность шагов обучения, т. к. она строится самой системой в процессе ее функционирования, что и позволяет строить для каждого обучаемого индивидуальный план обучения.

Данные обучающие системы способны выполнять параметрическую и структурную адаптации. Однако, в случае возникновения задачи, для решения которой у системы не достаточно знаний, задача остается не решенной. Это говорит о не достаточности параметров в структуре моделей обучаемого или несоответствии цели, преследуемой системой, целям объекта обучения. В данных системах экспертные знания о предмете и методах изучения должны быть полными, проектироваться априори и в процессе обучения не изменяться. Кроме того, работа системы направлена на достижение одной фиксированной, априори определенной цели обучения. Это делает невозможным реализацию адаптации целей обучения и тем более адаптацию объекта обучения.

4. Мультиагентный подход к реализации моделей обучения

В рамках мультиагентного подхода рассматривается возможность реализации адаптации всех уровней, что позволит обеспечить управление объектом - обучаемым на всех этапах процесса обучения.

Основа этого подхода - построение системы как совокупности агентов (агенты пользователя, агенты преподавателя, агенты лекций и даже агенты отдельных объектов знания: определений понятий и правил, задач, методов, результатов, лабораторных работ, комментариев и т.д.). Каждый из агентов имеет семантическое описание своего поля деятельности (свою структуру, свои знания), и соответствует экспертной системе с традиционной структурой . Агент обладает всеми свойствами экспертных систем, а так же памятью своей деятельности. Основная идея применения агентов заключается в том, что каждый агент имеет собственные ресурсы для достижения собственных целей, взаимодействия с другими агентами и разрешения конфликтов с целями других агентов для достижения общей цели. Это позволяет свободно выбирать те цели, которые преследуются на данный момент объектом управления, и соответственно целям выбирать тот эталон (представленный соответствующим агентом), соответствие которому достигается моделью обучаемого на данный момент.

Движущей силой систем, основанных на мультиагентном подходе, является способность агентов вести переговоры. При этом их коммуникация основана на семантических сообщениях (самого высокого уровня), а не на заранее предопределенных сообщениях низшего порядка. Переговоры необходимы для одновременного выполнения функций агентов, когда разные агенты, возможно, имеют разные взаимоисключающие цели и намерения, разные возможности в своих виртуальных мирах, обладают различной информацией. Вопросы взаимодействия агентов разной архитектуры решены применением соответствующего языка коммуникации агентов (ACL) и языка обмена информацией, которые дают возможность агентам эффективно понимать друг друга несмотря на разницу в подходах их построения и функционирования.

Мультиагентная система реализует распределенное управление, которое может быть как централизованным, так и децентрализованным.

Централизованное управление выполняется центральным устройством управления, который формирует коллективы агентов и распределяет все возникающие задачи между агентами коллектива.

При децентрализованном управлении известны разные варианты реализации систем, одним из них является применение «контрактной системы» управления. При реализации данного подхода, вершинами сети агентов является множество независимых управляющих агентов (исполнителей), которые обладают информацией о том, какие задачи они способны решать, какие средства использовать, с какими агентами и как взаимодействовать при решении задачи. При возникновении конкретной задачи агент происходят переговоры между агентами и выясняется какой агент какую часть задачи может решить. С помощью такого процесса происходит распределение решения задачи. Все агенты независимы, т.е. исходное состояние графа до начала решения задачи представляет изолированные между собой вершины. Все связи устанавливаются только в процессе функционирования системы при решении задач. Использованию данного подхода препятствует отсутствие эффективного глобального управления работой такой системы, несмотря на то, что такой подход обладает гибкостью и модифицируемостью обучающей системы.

Таким образом, для каждой конкретной задачи обучения составляется определенный коллектив агентов, что говорит о смене структуры и целей решающей системы в зависимости от поставленной задачи. Формирование коллективов агентов для решения задач обучения позволяет реализовать любой уровень адаптации, т.к. эта процедура предполагает формирование каждый раз структуры системы, ее представления об объекте управления, т.е. обучаемом и целей обучающей системы, адаптируемые под цели, преследуемые на данный момент объектом управления.

2.4 Основные этапы разработки обучающих систем

Каждый этап разработки характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными на предыдущем этапе, и результатами. На каждом этапе порождается определенный набор документов и технических решений, при этом для каждого этапа исходными являются документы и решения, полученные на предыдущем этапе. Рассмотрим основные этапы разработки обучающих систем.

Анализ требований является первой фазой разработки информационных систем, на которой требования заказчика уточняются, формализуются и документируются. Фактически на этом этапе дается ответ на вопрос: "Что должна делать будущая система?". Целью анализа является преобразование общих, неясных знаний о требованиях к будущей системе в точные (по возможности) определения.

На этапе анализа обучающих систем оценивается уровень обеспеченности дисциплины учебно-методической литературой, производится поиск аналогий и возможных прототипов создаваемого электронного издания, их изучение и оценивание. При анализе целесообразности использования имеющегося или необходимости разработки обучающих систем необходимо оценить:

-предполагаемый контингент обучаемых,

-возможность и целесообразность применения различных технологий интерактивного обучения. Необходимо четко определить место создаваемых обучающих систем в учебном процессе и решить организационно-методические вопросы их будущего использования.

- наличие научно-методических материалов, необходимых для создания электронного издания,

- наличие кадров разработчиков (методистов, программистов, системных аналитиков) и преподавателей, способных создать и использовать электронное издание в учебном процессе,

- имеющийся уровень технического и программного обеспечения для разработки, эксплуатации и сопровождения обучающих систем.

Результатом данной фазы разработки является определение целесообразности создания обучающей системы и список требований к будущей системе.

Список требований к системе определяет:

- архитектуру системы, ее функции, внешние условия, распределение функций между аппаратной и программной частями;

- интерфейсы и распределение функций между человеком и системой;

- требования к программным и информационным компонентам программной части, необходимые аппаратные ресурсы, требования к базе данных, физические характеристики компонент программной части, их интерфейсы.

Требования к системе, полученные на этапе анализа, могут включать в себя:

- полную функциональную модель требований к будущей системе с глубиной проработки до уровня каждой операции каждого участника процесса обучения;

- спецификации операций нижнего уровня;

- пакет отчетов и документов по функциональной модели, включающей характеристику объекта моделирования, перечень подсистем, требования к способам и средствам связи для информационного обмена между компонентами, требования к характеристикам взаимосвязей системы со смежными системами, требования к функциям системы;

- концептуальную информационную модель требований;

- пакет отчетов и документов по информационной модели;

- архитектуру системы с привязкой к концептуальной информационной модели.

Таким образом, требования к обучающей системе содержат функциональную, информационную и, возможно, событийную модели.

Следующий этап - этап проектирования, который дает ответ на вопрос: "Как (каким образом) система будет удовлетворять предъявленным к ней требованиям?". Задачей этого этапа является исследование структуры системы и логических взаимосвязей ее элементов, причем здесь не рассматриваются вопросы, связанные с реализацией обучающей системы на конкретном программном обеспечении и на техническом оборудовании. Проектирование определяется как процесс получения логической модели системы вместе со строго сформулированными целями, поставленными перед нею, а также написания спецификаций физической системы, удовлетворяющим этим требованиям.

При этом проектирование определяется как взаимодействие методов, средств и процессов, а проектирование обучения как динамический комплекс аспектов, определяющих и направляющих процесс развития основанных на технологии учебных материалов. То есть проектирование определяется как этап, на котором происходит фундаментальное взаимодействие теорий обучения и информационных технологий, и в результате этого взаимодействия закладываются принципиальные основы учебного материала в форме компьютерных программ.

Проектирование обучающей системы представляет собой один из наиболее сложных и трудоемких этапов, требующий высокой педагогической квалификации. На этом этапе производится подробная методическая разработка курса, календарного графика его прохождения, разработка программной структуры обучающей системы, подготовка исходных материалов, разработка всех заданий и контрольных мероприятий.

По мере формирования курса могут понадобиться и другие сведения. Результатом данного этапа жизненного цикла является полный набор перечисленных выше данных в электронном или бумажном виде. На данном этапе необходимо определить программные средства, необходимы для создания обучающей системы.

На этапе проектирования могут использоваться следующие диаграммные техники:

- наследуемые от этапа анализа требований и развиваемые на этапе проектирования диаграммы классов и диаграммы объектов, являющиеся основой статической логической модели (при объектно-ориентированном проектировании), или диаграммы информационных потоков между основными компонентами системы, связей между компонентами системы и внешними объектами (при структурном проектировании);

- диаграммы модулей и диаграммы процессов, моделирующие конкретные программные и аппаратные компоненты и являющиеся частью статической физической модели;

- динамические модели: диаграммы переходов состояний, моделирующие временную последовательность внешний событий, влияющие на объекты конкретного класса, и временные системные диаграммы, моделирующие временной порядок сообщений и событий, касающихся межобъектных взаимодействий.

В процессе проектирования обучающей системы требуется подготовить следующую информацию:

- название учебной дисциплины;

- для кого предназначен курс (специальность, семестр, в котором изучается дисциплина, форма обучения);

- подробный список разделов курса;

- программные средства, необходимые для создания обучающего курса;

- программные средства, необходимые учащимся и преподавателям при эксплуатации курса;

- контрольные сроки выполнения каждого раздела (если эти сроки лимитируются);

- текст учебного материала для всех разделов курса в электронном виде;

- список рекомендуемой литературы (основной и дополнительной), ссылки на возможное применение средств мультимедиа и ссылки на web-сайты с дополнительной информацией по разделам курса;

- перечень контрольных вопросов и / или заданий по разделам курса, при этом для вопросов с выбором ответа необходимо подготовить различные варианты ответов и указать правильные;

- количество баллов за ответы на вопросы и сумма баллов, необходимая для положительной аттестации учащегося;

- если в курсе предусмотрена коллективная работа, необходимо разработать ее сценарий, темы для обсуждения и обсуждаемые вопросы;

- сведения об учащихся: фамилии, имена, отчества, адреса электронной почты, URL-адрес (адреса в сети Интернет);

- аналогичные сведения обо всех преподавателях, ведущих курс;

- аналогичные сведения об администраторах обучающей системы.

Необходимо отметить, что главная особенность современных технологий разработки информационных систем состоит в концентрации сложности на начальных стадиях (анализ, проектирование) при относительно невысокой сложности и трудоемкости последующих этапов. Более того, нерешенные вопросы и ошибки, допущенные на этапах анализа и проектирования, порождают на последующих этапах трудные и часто неразрешимые проблемы.

Следующие этапы жизненного цикла - этапы кодирования, тестирования и отладки. Они включают в себя конкретные действия по созданию программной и информационной составляющей обучающей системы, т.е. компьютерную подготовку содержательной части, создание программной оболочки обучающей системы, заполнение оболочки конкретным материалом. Создание программной составляющей - процесс создания баз данных курса, создание блока тестирования, блока передачи информации по сети и т.д., а информационной составляющей - ввод необходимого теоретического, практического и методического материала в память компьютера.

На этапе кодирования осуществляется создание системы как комплекса программно-аппаратных средств, начиная с проектирования и создания телекоммуникационной инфраструктуры и заканчивая разработкой и инсталляцией приложений.

Этап кодирования выполняется преподавателем либо самостоятельно, либо во взаимодействии с методистом по дистанционному обучению и программистом.

В результате этапа кодирования должен получиться в виде комплекса программ готовый электронный обучающий курс, основанный на использовании обучающей системы.

3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

3.1 Структура обучающей системы

После решения расширить ранее написанное ПО “Электронный учебник по информатике для иностранных студентов”, решено было разработать гибкую обучающую систему которая подходила бы как и для Россиян так и для иностранных студентов. Более того, была поставлена цель, чтобы данная система была настолько гибкой, чтобы при необходимости ее можно было перенастроить на обучение студентов не только дисциплине информатика, а также любой другой дисциплине при наличие соответствующих методических материалов.

И так для разработки данного программного обеспечения преследовалось несколько целей:

1) Актуальность. Концепция программы выглядит новой и многофункциональной. В связи с увеличением в ВУЗах иностранных учащихся эта программа им дает широкие возможности наиболее эффективно и быстро освоить программу обучения по соответствующей дисциплине.

2) Провести анализ теоретического материала предлагаемого к компьютерной реализации с целью определения его пригодности к подобной реализации и степень ее эффективности;

3) Предоставить студентам, изучающим информатику эффективное и легкодоступное средство обучения, которое включало бы в себя теоретический материал, лабораторные работы, рабочие программы для факультетов ВИВТ'а, систему тестирования с оценкой результатов, систему глоссария(как на английском так и на русском языке).

4) Продолжить, и в чем то оживить, процесс внедрения средств новых информационных технологий в область преподавания информатики и других дисциплин, ускорить интеграцию математических и информационных дисциплин;

5) Хотелось предоставить нашему институту гибкое полноценное программное обеспечение, которое сможет применяться при обучении не только информатике , а также другим дисциплинам и чтобы данное ПО подходило как для иностранных студентов так и для Россиян.

Разработка данной обучающей системы велась на ЯВУ Delphi , а также на языке html. В Delphi была написана сама оболочка обучающей системы. К ней были подключены методические материалы, которые были переведены из формата Microsoft Office Word 2000 в формат html. Язык Html был выбран потому что он отлично подходит для электронных документов целью которых является обучение, так как такой документ можно отредактировать таким образом чтобы с его помощью студент мог оптимально просто и быстро ориентироваться по нему. Для иностранных студентов очень важна наглядность которая была продемонстрирована в данном программном обеспечении. Еще одной причиной выбора языка html было то что с его помощью можно было реализовать быстрое перемещения по документу с помощью закладок и гиперссылок и к тому же производить поиск как по одному так и по нескольким словам в документе что очень важно.

Как было изложено выше данная программа очень универсальна и имеет много настроек в отличие от предыдущей версии. Главное окно порграммы выглядит следующим образом Рис. 3.1.



Рисунок 3.1 - Главное окно программы

На главном меню программы находяться Меню Файл (Рис 3.2) Меню Ресурсы (Рис 3.3) ,Меню Обучение (Рис 3.4) и Меню Справка (Рис 3.5).

Рисунок 3.2 - Меню Файл

Рисунок 3.3 - Меню Ресурсы

Рисунок 3.4 - Меню обучение

Рисунок 3.5 - Меню Справка

При нажатии на подменю “О программе” окрываеться окно(Рис 3.6). При нажатии на подмню “Помощь” окрываеться окно помощи (Рис 3.7).

Рисунок 3.6 - Подменю “О программе”

Рисунок 3.7 - Подменю “Помощь”

На инструментальной панели Рис 3.8. располагаются кнопки управления, с помощью которых можно совершать основные операции обучающей системой:

1) Выбирать нужный методический материал, а также удалять его из рабочего поля программы в окне “Название учебника”.

2) Запускать электронный переводчик

3) Переходить к тестовой части

Рисунок 3.8 - Инструментальная панель программы

На рабочем поле обучающей системы находится 5 различных окон, каждое из которых отображает тематическую информацию непосредственно касательную названия окна. В окне “название учебника” представлены виды методических материалов заранее подключенных к программе. В окне тесты представлены различные варианты тестирований. В моем случае отображено 6 вариантов каждый из которых делиться на 2 уровня: базовый и углубленный. В окне содержание распологаються разделы или главы подключенного документа. Кнопка “Литература” открывает папку в которой находяться методические материалы подключенные к программе. В окне “Ссылки/программы” мы можем разместить ссылки на дополнительные локальные или интернет ресурсы. В самом большом по площади занимаемой формы главного окна распологаеться окно отображающее методические материалы изучаемой нами главы.

3.2 Настройка обучающей системы

Программа непосредственно связана с базой данных созданной в Microsoft Office Access 2003, в связи с этим имеется возможность напрямую редактировать названия учебников или методических материалов и их количество.

Настройка программы осуществляеться из главного меню. С помощью меню “файл” (Файл -> Настройки) мы можем задействовать или наоборот отключить электронный переводчик, задать его название и дирректорию к нему. В нашем случае это Promt (Рис 3.9)

Рисунок 3.9 - Подменю настройки

С помощью меню “Ресурсы” можно редактировать как тестовую так и метадическую часть (Рис 3.3). Рассмотрим каждый пункт всплывающего меню:

1) Ресурсы-> Конструктор учебников (Рис 3.10). Этот пункт отвечает за содание нового типа методического материала в обучающей системе, задает число глав, задает дирректорию к каждой главе, а также имеется возможность создать ссылку на паку с содержащимися в ней методическими материалами и создать интернет или локальную ссылку на дополнительную литературу. При нажатии на кнопку “Сохранить” данные заносятся в базу данных. При нажатии на кнопку “Помощь” открывается окно Помощи (Рис 3.11).