Введение к работе
Актуальность работы. Математическое моделирование используется в различных сферах человеческой деятельности, в том числе и для моделирования информационных процессов обучения с целью достижения обучаемым необходимого уровня квалификационных требований. В наше время в период повышенных требований к выпускаемым специалистам необходим особый подход к повышению качества обучения, особенно студентов педагогических вузов, которые в свою очередь должны повысить уровень обученно-сти школьников и студентов. Любые квалификационные характеристики студента заранее определены и поэтому на обучаемого можно воздействовать дискретными управляющими воздействиями распределенными во времени. Процесс обучения можно организовать таким образом, чтобы результат обучения квалификационному состоянию обучаемого удовлетворял бы заданным критериям качества обучения. Ранее такая проблема решалась на основе математических моделей в виде нелинейной системы дифференциальных уравнений с учетом стохастичности, для которых невозможно построить адекватную модель обучаемого. Этот недостаток можно исключить, если использовать временные ряды для наблюдения за поведением обучаемого, которое можно представлять как хаотическое поведение. В этом случае возникновение хаотического поведения может быть описано нелинейной динамической системой при некоторых значениях параметров в фазовом пространстве, называемым странным аттрактором. Использование временных рядов наблюдений и странных аттракторов позволит более детально рассмотреть информационный процесс обучения, осуществить более эффективное управление этим процессом и достижение требуемых квалификационных требований.
Исследования выполнялись на основе целевой программы «Научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования» (приказ Минобразования России от 26.01.2001 № 240), Программы управления качеством образования Воронежского государственного педагогического университета от 29.01.2006г. и Программы управления качеством образования Липецкого государственного педагогического университета от 15.10.2007г.
Исследования в области моделирования информационных процессов обучения проводились российскими учеными Бородиным Д.К., Моргуновым И.Б, Нетушилой А.В., Никитиным А.В., Бояриновым Д.А., Емельченковой Е.П., а также американскими и европейскими учеными Thonstad Т., Schliefelbein F., Tinbergen J., Adelman Т., Bowles S., Bos H.C., Zinter J.R., и др.
Целью работы является разработка и исследование информационных процессов обучения с использованием временных рядов наблюдений, обеспечивающих эффективное управление этим процессом и достижение требуемых квалификационных требований.
В соответствие с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи:
Анализ информационных процессов обучения с учетом динамики состояния обучаемого и возможности эффективного управления процессом достижения им требуемых квалификационных требований.
Разработка структуры информационного процесса обучения с прогнозируемым количеством порций обучающей информации, обеспечивающей информационные потребности индивидуального потребителя.
3. Разработка методики определения попадания параметров состояния индивиду
ального обучаемого в требуемую область с использованием временных рядов наблюде
ний.
4. Разработка алгоритма определения прогнозируемых порций обучающей ин
формации для индивидуального обучаемого.
5. Разработка программного комплекса ИПО, учитывающего информационные по
требности индивидуального обучаемого.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы теоретические основы информатики, методы теории управления, качественной теории нелинейных динамических систем, теории фракталов, методы математической статистики.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной.
Разработана структура информационного процесса обучения, обеспечивающая информационные потребности индивидуального обучаемого, отличающаяся прогнозируемыми количествами порций обучающей информации.
Разработана методика определения попадания параметров состояния индивидуального обучаемого в требуемую область, отличающаяся использованием временных рядов наблюдений, позволяющая определять количество порций обучающей информации для индивидуального обучаемого.
Разработан алгоритм определения количества порций обучающей информации индивидуального обучаемого, отличающийся прогнозированием этих порций, позволяющего повысить качество процесса управления обучением.
Практическая ценность. В результате проведенных исследований разработан информационный процесс обучения, реализованный в программном комплексе информационного процесса обучения (ПК ИПО), который может быть использован для подготовки студентов педагогического вуза. Научные результаты, полученные в диссертации, использовались для разработки структуры информационного процесса обучения с прогнозируемым количеством порций обучающей информации. Разработанные в диссертационной работе информационные подпроцессы (вычисления корреляционной размерности аттрактора, проведения предварительного тестирования обучаемого и прогнозирования количества контрольных проверок обучаемого, формирования прогнозируемых параметров обучения) обеспечивают использование существующих методик обучения и одновременно независимость процесса обучения от ряда случайных факторов, что позволяет получить требуемый уровень подготовки студентов педагогического вуза. Основные результаты диссерта-
ционного исследования использованы для обучения студентов Липецкого государственного педагогического университета и Воронежского государственного педагогического университета.
Область исследования - содержание диссертации соответствует п.1 «Исследование, в том числе с помощью средств вычислительной техники, информационных процессов, информационных потребностей коллективных и индивидуальных пользователей» и п.2 «Исследование информационных структур, разработка и анализ моделей информационных процессов и структур» специальности 05.13.17 -Теоретические основы информатики.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международной научно -практической конференции «Преступность в России, состояние, проблемы предупреждения и раскрытия преступлений - 2008» (Воронеж, 2008 г), Всероссийской научно - технической конференции «Теория конфликта и ее приложения - 2008» (Воронеж, 2008 г), Всероссийской научно - практической конференции «Математические методы и информационно-технические средства-2009» (Воронеж, 2009 г), Всероссийской научно - практической конференции «Охрана, безопасность и связь - 2009» (Воронеж, 2009 г), Международной научно - практической конференции «Инновации и информационные технологии в образовании-2010» (Липецк, 2010 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ (4 статьи и 5 материалов научных конференций). В том числе 4 работы - без соавторов.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Диссертационная работа изложена на 133 страницах машинописного текста, включает 19 рисунков, 14 таблиц и 1 приложение. Список использованных источников составляет 101 наименование.
