Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время, в связи с быстрым развитием глобальной сети Internet, перед ВУЗами возникает задача эффективного использования сетевых ресурсов и технологий. Открытая гипермедийная среда (ОГМС) вместе с технологией дистанционного доступа позволяет создавать системы дистанционного обучения, ориентированные на корпоративные сети ВУЗа (Intranet) и глобальную сеть Internet.
Одной из важнейших проблем в системе дистанционного образования является создание личностно-ориентированных интеллектуальных обучающих систем и адаптивных систем дистанционного обучения (АСДО), использующих развитую модель обучаемого и ориентированных на работу с учащимися без преподавателя. Функционирование таких систем должно учитывать индивидуальные психологические характеристики обучаемого - объем восприятия, скорость мыслительной деятельности, характер усвоения материала и т.д. В ОГМС одни и те же знания могут представляться в различных модальностях, следовательно, актуальной является задача адаптации электронных учебных курсов под каждого конкретного обучаемого с учетом его индивидуальных психологических особенностей. Наиболее эффективным способом освоения знаний для учащегося является использование операционального механизма освоения знаний. В связи с этим возникает проблема разработки математической модели обучаемого, основанной на данном механизме (операциональной модели обучаемого).
Существующие системы дистанционного обучения не применяют модель знаний и модель индивидуальных характеристик обучаемого, а оперируют непосредственно элементами электронного учебного курса, используя при этом традиционную разветвленную модель обучения.
Таким образом, актуальность диссертационной работы определяется необходимостью разработки математического обеспечения операциональной модели обучаемого и синтеза ее в программных приложениях ОГМС для использования в составе АСДО.
2 Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методики управления процессом освоения знаний для повышения качества и эффективности обучения. Для этого необходима разработка математической модели обучаемого, учитывающей операциональный механизм освоения знаний, а также модели индивидуальных характеристик, основанной на различиях в восприятии и освоении знаний различными категориями учащихся, и синтез этих моделей в программных приложениях ОГМС в составе АСДО. Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:
формализация модели индивидуальных характеристик обучаемого;
разработка математической модели знаний обучаемого, основанной на операциональном механизме освоения материала;
разработка оптимизационных моделей рационального выбора элементов знаний, подлежащих освоению с помощью операционального механизма;
разработка алгоритмических процедур функционирования операциональной модели обучаемого в составе АСДО;
синтез операциональной модели обучаемого в программных приложениях ОГМС с помощью Web-технологии и реализация на их основе АСДО;
апробация АСДО в рамках корпоративной сети вуза.
Методы исследования. Прикладная теория графов, статистические методы анализа информации, метод анализа иерархий, математическая теория обучения.
Научная новизна. В результате проведенного диссертационного исследования получены и выносятся на защиту следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
классификация бимодальных обучающих воздействий в ОГМС;
математическая модель индивидуальных характеристик обучаемого, включающая в себя следующие числовые характеристики: объем восприятия и эффективность мыслительной деятельности в каждой из модальностей ОГМС; оценка вероятности обучения; характерологический параметр обучаемого;
формализованная с помощью фактор-графового представления математическая модель знаний обучаемого, основанная на операциональном механизме освоения учебного материала в ОГМС;
алгоритмические процедуры определения числа вершин модели операций, реализованные с помощью метода анализа иерархий, позволяющие синтезировать операциональную модель обучаемого в программных приложениях ОГМС;
методика определения оценки вероятности обучения для тестовых заданий различных типов, а также для обучения с повторением, синтезированная в модуле диагностики качества обучения АСДО;
программные алгоритмы и процедуры функционирования АСДО, основанные на операциональной модели обучаемого, позволяющие адаптировать электронные учебные курсы под личностные особенности учащегося и использующие ОГМС для представления знаний.
Практическая значимость. Предложенные математические модели и алгоритмы могут быть синтезированы в программных приложениях ОГМС и использованы при реализации АСДО, интеллектуальных гипермедийных обучающих систем и систем диагностики качества обучения нового типа.
Разработанная на базе предложенных математических моделей и алгоритмов, АСДО позволяет значительно сократить время на освоение новых знаний, повышает эффективность их усвоения, сокращает расходы на проектирование электронных учебных курсов и облегчает методическую работу преподавателя.
Внедрение результатов. Разработанная а ходе диссертационной работы АСДО используется в учебном процессе Рязанской государственной радиотехнической академии и включает в себя разработанные электронные учебные курсы по дисциплинам: "Начертательная геометрия и черчение", "Геометрическое моделирование и машинная графика".
Тестовая система определения индивидуальных характеристик учащегося "ИНТЕЛ" внедрена в учебный процесс Рязанского областного института развития образования.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийская научно-техническая конференция "НИТ в научных исследованиях радиоэлектроники" (РГРТА, Рязань, 1996 г.); "V East-West International Conference on Human-Computer Interaction'96" (CSTI, Moscow, 1996 г.); Всероссийская научно-техническая конференция "Современные информационные технологии в образовании" (РИРО, Рязань, 1996 г.); 2-я Всероссийская научно-практическая конференция "Современные информационные технологии в образовании" (РИРО, Рязань, 1998 г.); ГХ научно-методическая конференция РГРТА (Рязань, 1999 г.).
Публикация результатов работы. По теме диссертации автором опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (108 наименований), приложений. Общий объем работы - 186 страниц печатного текста. Работа содержит 30 рисунков и 15 таблиц.
Похожие диссертации на Математическое и программное обеспечение операциональной модели обучаемого и ее синтез в программных приложениях открытой гипермедийной среды
