Введение к работе
Актуальность работы
Информационные технологии в образовании относятся к важнейшим компонентам современных образовательных систем всех ступеней и уровней подготовки специалистов и реализуемых в них образовательных процессов.
На протяжении последних 30 лет разрабатываются и успешно применяются в учебном процессе автоматизированные системы обучения для подготовки высококвалифицированных специалистов всех отраслей производственной деятельности. Но только в последние несколько лет, благодаря развитию новых информационных технологий (НИТ), они стали эффективно использоваться как при очной форме обучения, так и дистанционной и смешанной. В рамках традиционной структуры типовых учебных планов высшего профессионального образования (ВПО), благодаря известным преимуществам, НИТ предоставляют широкие возможности по организации междисциплинарных связей в процессе инженерной подготовки выпускников. Специфика подготовки химиков-технологов заключается не только в обучении студентов теоретическим знаниям и навыкам, но и приобретении ими опыта практических (лабораторных) исследований, в том числе с использованием виртуальных лабораторных практикумов и систем удаленного доступа. Поэтому при подготовке химиков-технологов различных форм обучения основные усилия по организации лабораторных, учебно-исследовательских, курсовых и дипломных работ, а также для организации самостоятельной работы студентов должны быть направлены на создание учебно-методических комплексов, автоматизированных лабораторных комплексов, автоматизированных систем обучения и контроля знаний, баз данных и баз знаний учебного назначения и автоматизированного моделирующего программного обеспечения.
Начавшийся в 2011 году переход вузов России на ступенчатую систему обучения бакалавров и магистров и проводимые в вузах мероприятия по разработке основных образовательных программ (ООП) ВПО в соответствии с ФГОС третьего поколения открывают широкие возможности для качественно новой организации подготовки выпускников, предпосылками которой могут служить: компетентностный подход, широкое использование активных и интерактивных форм обучения, новый подход к формулировке требований к содержанию ООП. Поэтому процесс многоуровневой подготовки выпускников необходимо рассматривать с позиции системного подхода как непрерывно развивающуюся и совершенствующуюся систему.
В процессе обучения бакалавров и магистров по различным направлениям и профилям подготовки появляются неопределенности в знаниях, умениях, навыках, компетенциях выпускников, поступающих на следующую ступень обучения в магистратуру/аспирантуру. Эти неопределенности должны быть выявлены на стадии разработки и реализации ООП и создании интеллектуальной автоматизированной системы обучения (АСО), направленной на анализ и обработку информации и установление степени соответствия специальности выпускника предыдущего уровня обучения - «абитуриенту» последующего уровня, а также выработки рекомендаций по использованию информационно-образовательных ресурсов (ИОР) системы для более быстрой адаптации в новой предметной области и приобретения новых знаний, умений, навыков и компетенций.
По этим причинам разработка интеллектуальной междисциплинарной АСО как качественно нового средства организации и сопровождения процесса обучения, основанного на интеллектуальных методах и алгоритмах анализа и обработки информации о знаниях, умениях и навыках обучаемого на всех стадиях образовательного цикла, предназначенной для подготовки высококвалифицированных химиков-технологов в соответствии с требованиями ФГОС является актуальной задачей.
Работа проводилась в рамках следующих программ и проектов: — Межвузовского комплекса работ «Инновационные технологии образования» 2010-2012 гг.;
— Социальной программы Правительства г. Москвы по оказанию образовательных услуг населению проекта «Разработка инновационных учебно-методических комплексов на основе информационных и интернет-технологий для повышения квалификации молодых преподавателей технических вузов» в 2012 году.
Цель работы и задачи исследований
Цель работы - создание интеллектуальной автоматизированной системы, предназначенной для организации и поддержки образовательного процесса на всех стадиях многоуровневой подготовки химиков-технологов и переподготовки кадров, обладающей возможностью управления процессом обучения в зависимости от начального уровня знаний, умений и навыков обучающихся.
Для реализации поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:
Проведение анализа многоуровневой системы подготовки выпускников химиков-технологов. Формулировка цели и задачи создания интеллектуальной АСО;
Разработка методики создания интеллектуальной автоматизированной системы подготовки химиков-технологов;
Разработка методики обучения и контроля знаний с использованием интеллектуальной АСО для различных специальностей, профилей, направлений подготовки химиков-технологов;
Разработка методов анализа и обработки информации в интеллектуальной АСО;
Разработка комплекса учебных и методических ресурсов для реализации в интеллектуальной системе;
Реализация функции управления обучением в интеллектуальной АСО;
Разработка рекомендаций по адаптации в учебном процессе разработанных информационно-образовательных и учебно-методических ресурсов интеллектуальной автоматизированной системы подготовки химиков-технологов различных направлений и профилей;
Разработка метода и алгоритма формирования компетентности выпускников химиков-технологов с использованием интеллектуальной АСО.
Объект исследования
Объектом исследования в настоящей работе является процесс многоуровневой подготовки химиков-технологов в соответствии с ФГОС третьего поколения.
Предмет разработки - интеллектуальная междисциплинарная АСО, предназначенная для подготовки высококвалифицированных химиков-технологов в соответствии с требованиями ФГОС, основанная на интеллектуальных методах и алгоритмах анализа и обработки информации.
Методы исследования
В работе использовались методы системного анализа и исследования операций, технологии проектирования автоматизированных систем обучения, нечеткие логические, статистические и экспертные методы обработки информации.
Научная новизна работы заключается в следующем:
С позиций системного подхода проведен анализ многоуровневой системы подготовки химиков-технологов и обоснована необходимость создания междисциплинарной АСО для поддержки образовательного процесса на всех уровнях обучения;
Предложена методика создания интеллектуальной междисциплинарной АСО, включающая этапы разработки её функциональной структуры, анализа и обработки информации, создания системы адаптивного тестирования;
Предложен универсальный подход к интеллектуальному анализу и обработке информации на основе нечетких логических моделей по соответствию учебных
дисциплин специальности выпускника предыдущего уровня обучения -«абитуриенту» следующей ступени на основе сопоставления учебных планов, профессиональных образовательных программ по различным направлениям и профилям подготовки;
Предложен подход к разработке и реализации подсистемы адаптивного тестирования знаний в интеллектуальной междисциплинарной АСО, предложены методы анализа и обработки информации по оценке сложности тестовых заданий на основе экспертных оценок;
Предложен метод и алгоритм формирования компетентности выпускников химиков-технологов, основанный на сравнении совокупности дисциплин различных направлений и профилей подготовки, направленных на приобретение компетенций обучающихся и оценке уровня подготовки выпускников к дальнейшей образовательной деятельности.
Практическая значимость работы
Разработаны функциональная структура интеллектуальной междисциплинарной АСО
подготовки химиков-технологов, информационно-образовательные, учебно-
исследовательские и информационно-методические ресурсы системы, банки тестовых заданий по четырем учебным дисциплинам.
Система реализована путем интеграции двух информационных и интернет-технологий: модульной объектно-ориентированной динамической учебной среды Moodle версий 1.6 и 2.4.1. (Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment) и на основе технологии MediaWiki 1.5+.
Блок интеллектуального анализа и обработки информации реализован с использованием пакета прикладных программ MATLAB модуля Fuzzy Logic Toolbox.
Информационно-образовательные и учебно-исследовательские ресурсы разработаны с использованием программного средства Borland Delphi. Для обучения студентов навыкам использования учебно-исследовательских профаммных модулей в программе Camtasia Studio созданы видеоуроки.
Алгоритм формирования компетенций химиков-технологов реализован с использованием профаммного средства CompareFiles.Find, позволяющего проводить сравнение данных в сформированных таблицах формата MsExcel, на основе которого делается вывод о количестве совпадающих или различных дисциплин профилей.
Интеллектуальная междисциплинарная АСО прошла апробацию в учебном процессе для проведения лабораторных занятий, контроля знаний по дисциплинам, изучаемым студентами кафедры компьютерно-интефированных систем в химической технологии (КИС XT) РХТУ им. Д.И. Менделеева. Отдельные ресурсы системы адаптированы для подготовки магистров по направлению 280700 - Техносферная безопасность и использованы для повышения квалификации специалистов.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на семи международных, одной всероссийской и трех межвузовских конференциях, в том числе, «Международный конфесс молодых ученых по химии и химической технологии» (г. Москва, 2010-2012 гг.), Международной научно-методической конференции «Информатизация инженерного образования» - ИНФОРИНО-2012 (г. Москва, 2012 г.), ИНФОРИНО-2014 (г. Москва, 2014 г), IV Всероссийской конференции по химической технологии, Всероссийской молодежной конференции по химической технологии, Всероссийской школе по химической технологаи для молодых ученых и специалистов, Всероссийском симпозиуме по химии и технологаи экстракции и сорбции (г. Москва, 2012 г.), XXIV, XXV Международной конференции «Математические методы в технике и технолопіях» - ММТТ-24, 25 (г. Киев, 2011 г.; г. Волгофад, 2012 г.), ХШ, XIV, XV
Межвузовской учебно-методической конференции «Актуальные проблемы химико-технологического образования» (г. Москва, 2011-2013 гг.).
Публикации
Результаты, отражающие содержание диссертационной работы, изложены в 16 публикациях, три из которых опубликованы в изданиях, включенных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки РФ в перечень ведущих научных журналов и изданий.
Структура н объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и выводов, изложенных на 227 страницах, содержит 67 рисунков, 48 таблиц, список литературы из 124 наименований и одно приложение.
Похожие диссертации на Интеллектуальная автоматизированная система подготовки химиков-технологов
