Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса создания автоматизированных обучающих систем и обоснование требований к системе обучения. формулировка направлений исследований 10
1.1 Краткая характеристика существующих АОС 10
1.2 Характеристика основных методов активного обучения 17
1.3 Оперативно-технические требования к ИАОК 25
1.4 Формулировка направления исследований 29
Глава 2. Обоснование концептуальных положений и обобщенной схемы игрового автоматизированного обучающего комплекса 31
2.1 Обоснование концептуальных положений создания ИАОК 31
2.2 Системная модель процесса обучения 46
2.3 Система оценки процесса обучения 50
2.4 Обобщенная функциональная схема 56
Глава 3. Разработка математических моделей представления данных в информационной базе игрового автоматизированного обучающего комплекса .61
3.1 Модель информационного обеспечения первого уровня автоматизированного обучения («уровень тестов») 61
3.2 Метод моделирования оперативной ситуации в процессе игрового автоматизированного обучения 69
3.3 Математическая модель информационной базы уровня «стереотипных ситуаций»
3.4 Математическая модель информационного обеспечения третьего уровня автоматизированного обучения 80
3.5 Управление процессом игрового автоматизированного обучения 89
ГЛАВА 4. Разработка обобщенной модели гипермедийной информационной базы на основе нечетких когнитивных карт . 94
4.1 Общие принципы представления и когнитивная модель восприятия мультимедийной информации 94
4.2 Метод и средства организации информационного обеспечения ИАОК.97
4.3 Модель организации контента 102
4.4 Моделирование ситуации посредством иерархии семантически связанных элементов контента 107
ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования разработанных методов, моделей и методики автоматизированного обучения личного состава подразделений ГПС МЧС 115
5.1 Фрагмент построения модели представления (знаний, данных) стереотипной и нестереотипной оперативных ситуаций в информационной базеИАОК 115
5.2 Способ оценки выполнения учебного упражнения 130
5.3 Анализ результатов экспериментальной апробации системы 135
Заключение 139
Список литературы
- Характеристика основных методов активного обучения
- Система оценки процесса обучения
- Математическая модель информационного обеспечения третьего уровня автоматизированного обучения
- Моделирование ситуации посредством иерархии семантически связанных элементов контента
Введение к работе
Актуальность темы. Ежегодно на территории России происходит большое количество катастроф техногенного и экологического характера, которые наносят крупный социально-экономический ущерб. Важнейшей социально-экономической проблемой является своевременная ликвидация чрезвычайных ситуаций (ЧС) силами структурных подразделений МЧС. Эффективность решения этой проблемы во многом определяется качеством обучения личного состава подразделений МЧС, поскольку от его действий зависят жизни людей (социальный аспект), сохранение культурных и материальных ценностей (экономический аспект). Для уменьшения негативного воздействия от разрушений, причиняемых населению и промышленным объектам, необходимо быстро и качественно осуществить подготовку и переподготовку сотрудников подразделений МЧС, работающих в системах оперативного управления, таких как центры управления в кризисных ситуациях, единые дежурно-диспетчерские службы и др.
Достаточно часто аварийные и нештатные ситуации возникают из-за конструктивных недостатков, изношенности оборудования, низкой квалификации работающих и халатности производственного персонала, нарушений техники безопасности и др. В этих случаях большинство систем оперативного управления, как правило, не выдают конкретных комплексных рекомендаций оперативно-диспетчерскому персоналу. Эти ограничения обусловливают необходимость разработки и внедрения информационных систем нового уровня, позволяющих улучшить подготовку оперативно-диспетчерского персонала, а также значительно повысить эффективность работы структурных подразделений МЧС.
Динамизм изменения обстановки, неопределенность и неполнота поступающих данных, сокращение времени на реагирование и ликвидацию ЧС, многоплановость и многовариантность решения задач защиты населения требуют поиска новых форм компьютерных обучающих программ, имитационных систем, тренажеров. Применение таких информационных систем и технологий обучения позволяет снизить затраты на натурное моделирование ЧС, сократить сроки и повысить уровень подготовки специалистов к принятию эффективных решений по борьбе с ЧС.
При использовании инновационных информационных технологий обучения необходимым элементом является управление. В настоящее время при использовании обучающих программ управление в процессе обучения осуществляется на уровнях изучения теоретического материала, практического освоения и итогового или тематического контроля. При этом, ограничением является статичность знаний, т.е. их неизменность в некоторый достаточно длительный промежуток времени. Это не соответствует динамике ситуаций, с которыми в ежедневной практике сталкиваются сотрудники подразделений МЧС.
Вопросам создания собственно автоматизированных обучающих систем (АОС) посвящены работы Башмакова А.И., Иванченко А.И., Савельева А.Я., Соловова В.А. Методологические подходы к совершенствованию учебного процесса и методы обучения, учитывающие специфику подготовки спасателей, изложены в трудах Брушлинского Н.Н., Денисова А.Н., Кафидова В.В., Мисюкевича Н.С. и других.
Высокая динамика оперативной обстановки в ЧС, высокая цена каждого действия спасателя, недостаточная разработанность методологии обучения личного состава подразделений МЧС эффективному проведению аварийно-спасательных и других неотложных работ, обусловливают потребности практики в совершенствовании процесса обучения методам и способам применения технических средств (ТС), с возможностью гибкого и своевременного изменения учебного материала. В основу метода в работе положен компетентностный подход, реализация которого позволяет дать спасателю способность действовать эффективно в различных профессиональных и жизненных ситуациях. Модель образования на основе компетенций позволяет соединить личностный и социальный смыслы образовательного процесса. Она связана с изменением целей и содержания подготовки специалиста, что приводит к необходимости совершенствования методического обеспечения учебного процесса. В настоящее время применяются классические методы обучения (лекционный, работа с книгой, практический). Данные методы зарекомендовали себя, однако, они имеют следующие ограничения:
- отсутствие необходимого количества изучаемых (особенно новых) технических средств в процессе обучения;
- недостаточное количество времени, отводимого на изучение методов применения технических средств;
- отсутствие условий для наработки навыков применения технических средств;
- недостаточное внимание развитию творческих способностей.
Эти ограничения обусловливают наличие противоречия между возможностями существующей системы обучения по управлению действиями личного состава подразделений МЧС при выполнению оперативных работ по ликвидации ЧС с применением технических средств и высокими оперативно-техническими требованиями по качеству и срокам подготовки личного состава подразделений МЧС, при действиях в условиях высокой динамики изменения оперативной обстановки, увеличения номенклатуры технических средств, применяемых в ЧС.
Одним из путей преодоления вышеперечисленных ограничений в современных условиях является внедрение информационных технологий и систем в процесс обучения личного состава подразделений МЧС с применением активных игровых методов обучения.
Целью диссертационной работы является повышение оперативности и качества подготовки личного состава подразделений МЧС по управлению действиями в динамичной оперативно-тактической обстановке путем разработки информационного обеспечения игрового автоматизированного обучающего комплекса (ИАОК).
Научной задачей диссертационной работы является разработка метода игрового автоматизированного обучения и модели представления учебного материала в информационной базе, обеспечивающих развитие творческих способностей личного состава и повышение уровня обучения управлению действиями в чрезвычайных условиях и высокой динамики оперативно-тактической обстановки.
В работе решаются следующие основные задачи:
Анализ состояния вопроса создания АОС и обоснование оперативно-технических требований к системе активного обучения личного состава управлению действиями в ходе аварийно-спасательных работ. Формулировка направлений исследований.
Разработка концептуальных положений и обобщенной функционально-структурной схемы игрового автоматизированного обучающего комплекса (ИАОК).
Разработка математических моделей представления данных в информационной базе ИАОК.
Разработка обобщенной модели гипермедийной информационной базы на основе нечетких когнитивных карт.
Экспериментальные исследования разработанных методов, моделей и методики автоматизированного обучения личного состава подразделений МЧС.
Объектом исследования является система обучения личного состава подразделений МЧС принятию оперативных решений и тактике применения технических средств тушения пожара.
Предметом исследования являются методы и средства игрового автоматизированного обучения личного состава подразделений МЧС.
В работе использованы методы и положения теорий: управления в организационно-технических системах, нечетких множеств и логики, теории графов, системного анализа, синтеза баз данных, знаний, исследования операций, педагогики.
Научная новизна работы и основные положения, выносимые на защиту:
1. Концептуальные положения повышения эффективности обучения личного состава подразделений МЧС управлению действиями в условиях высокой динамики оперативно-тактической обстановки на основе создания ИАОК, существо которых состоит в следующем:
- обеспечение развития творческих способностей обучаемых на основе когнитивной иерархической системы обучения, реализующей моделирование реальных стереотипных оперативных ситуаций с возможностью их модификации и многоальтернативность решений в процессе обучения;
- организация и обеспечение индивидуального и группового обучения личного состава подразделений МЧС, обладающих различными когнитивными стилями при обучении.
- системная модель организации процесса обучения должна включать уровни: оперативных задач, объектов ЧС, оперативных ситуаций, методов и способов применения технических средств, а также активных игровых методов обучения;
- функционально-структурная организация информационного обеспечения ИАОК должна обеспечивать формирование онтологий изучаемых дисциплин, описание стереотипных оперативных ситуаций, возможность формирования вводных по изменению оперативных ситуаций, а также возможность индивидуального и группового принятия решений в процессе обучения;
2. Математическая модель описания оперативных ситуаций в условиях ликвидации ЧС на основе нечетких когнитивных карт, особенностью которой является применение статического нечеткого графа в случае представления в информационной базе стереотипных ситуаций и нечеткого динамического графа, отражающего изменение оперативной ситуации или наличие нестереотипной ситуации.
3. Обобщенная модель гипермедийной информационной базы ИАОК, особенностью которой является использование нечетких разнородных гипермедийных элементов, семантически связанных между собой и взаимно дополняющих друг друга, позволяющая представлять стереотипные и нестереотипные оперативные ситуации и развивать творческие способностей обучаемых.
4. Функционально-структурная организация ИАОК, представленная трехуровневой иерархической структурой, особенностью которой является: введение модуля генерации индивидуальной структуры учебного материала на «тестовом» уровне (изучения теоретического материала и контроля усвоения полученных знаний); введение модуля моделирования условий выполнения оперативных задач на уровне представления стереотипной ситуации; введение модуля генерации изменения условий выполнения оперативных задач на уровне динамического представления нестереотипной ситуации, а также модуля определения когнитивного стиля для реализации индивидуального и группового обучения.
Реализация и внедрение. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные в работе, были внедрены в практическую деятельность в учебном пункте 2-й группы ФГУК «1 отряд ФПС по Курской области, а также используются в учебном процессе Юго-Западного государственного университета при изучении дисциплины «Компьютерные системы поддержки принятия решений». Практическое применение результатов исследования подтверждается актами внедрения.
Практическая значимость. Разработанный ИАОК может применяться при подготовке и переподготовке подразделений МЧС, оперативно-диспетчерского персонала промышленных объектов как при изучении теоретических дисциплин, так и при получении навыков ликвидации ЧС. ИАОК позволяет повысить эффективность оперативного управления объектами и территориями при ликвидации ЧС природного и техногенного характера.
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: IX Международной конференции «Распознавание» (Курск, 2010); VIII Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2011); Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (Пенза, 2011); XIX военно-научной конференции Череповецкого военного инженерного института радиоэлектроники (Череповец, 2011). Результаты диссертационной работы обсуждались на кафедре Информационных систем и технологий Юго-Западного государственного университета с 2009 по 2011 гг.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных журналах и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Личный вклад автора. В работах, выполненных в соавторстве лично автором проведен анализ особенностей автоматизации процессов обучения подразделений МЧС и определены пути повышения их эффективности за счет обеспечения развития творческих способностей обучаемых на основе когнитивной иерархической системы обучения [3], разработана системная модель предметной области и организации процесса обучения [5, 7, 9], математическая модель описания оперативных ситуаций [2, 4, 6, 10], функционально-структурная организация информационного обеспечения ИАОК, представленная многоуровневой иерархической структурой [1, 8].
Соответствие паспорту специальности. Согласно паспорту специальности 05.13.10 - Управление в социальных и экономических системах вопросы, рассмотренные в диссертации, соответствует п. 5 области исследования: «Разработка специального математического и программного обеспечения систем управления и принятия решений в социальных и экономических системах» в части разработки методов управления в области образования и охраны природы, совершенствования управления и механизмов принятия решений при ЧС, разработки новых моделей управления процессом обучения с целью повышения качества образования.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений, изложена на 150 страницах основного текста, включает 18 таблиц и 35 рисунков.
Характеристика основных методов активного обучения
В настоящее время развитие информационных технологий в образовании привело к появлению множества педагогических программных средств различного назначения. Наряду с классическими методами обучения (лекционный, работа с книгой, практический) применяются компьютерные средства поддержки процесса обучения: электронные учебные пособия, электронные средства контроля знаний, моделирующие компьютерные программы, разнообразные АОС.
Развитие методологии проектирования АОС имеет 30-летнюю историю. За этот период в России и ряде других стран было разработано большое количество компьютерных систем учебного назначения, ориентированных на различные типы ЭВМ.
Значительный рост инструментальных средств разработки электронных учебных комплексов наблюдается с начала 90-х годов в связи с широким распространением персональных компьютеров, в составе которых используются графические дисплеи. Это принесло в сферу обучения не только новые технические, но и дидактические возможности. Применение графических иллюстраций в учебных компьютерных системах позволяет не только увеличить скорость передачи информации обучаемому и повысить уровень ее понимания, но и способствует развитию таких важных для специалиста любой отрасли качеств, как профессиональная интуиция и образное мышление.
Следует отметить, что в настоящее время накоплен значительный опыт разработки АОС с применением мультимедийной информационной базы, что позволяет осуществлять доведение материала до обучаемых не только в текстовом и графическом виде, но осуществлять видео и звуковое сопровождение изучаемого материала.
В методологическом плане разработка и использование компьютерных средств поддержки обучения развивались по двум направлениям. Первое направление компьютеризации обучения является приложением методических и программно-информационных средств компьютеризации различных отраслей человеческой деятельности. Это отдельные программы, пакеты программ, элементы автоматизированных систем, предназначенные для автоматизации трудоемких расчетов, оптимизации, исследования свойств объектов и процессов на математических моделях и т.п. Применение таких программных систем в учебном процессе носит массовый характер как в нашей стране, так и за рубежом, но в силу своей разобщенности в содержательном плане и отсутствия единой дидактической платформы, менее систематизировано и обобщено в литературе. Второе направление опирается в своей основе на идеи программированного обучения. В его рамках разрабатываются и эксплуатируются универсальные автоматизированные обучающие системы по различным учебным дисциплинам. Ядром АОС являются авторские системы, позволяющие преподавателю-разработчику вводить свой учебный материал в базу данных и программировать с помощью специальных авторских языков или других средств алгоритмы его изучения.
Продолжительное время наиболее распространенной в нашей стране была универсальная адаптивная диалоговая информационная система АДОНИС. Система была предназначена для организации автоматизированного обучения и контроля знаний по различным дисциплинам, а также информационного обеспечения учебного процесса.
Вся информация в системе АДОНИС представлялась кадрами двух видов: информационными и контролирующими. В ней не использовались средства гипертекста, однако каждый кадр имел свой идентификационный номер по которому осуществлялся переход от кадра к кадру как по условию, так и безусловно. Контролирующий кадр сравнивал ответы обучаемого с эталонными ответами и позволял осуществлять переход к следующему кадру по той или иной степени (устанавливаемой разработчиком) соответствия. Система АДОНИС функционировала в среде MS DOS IBM PC-совместимых компьютеров, она не была адаптирована к ОС WINDOWS, и в настоящее время практически не используется. Однако, идеи АДОНИС, нашли свое воплощение в других современных российских системах электронного обучения, например системах "TrainingWare", "eLearning Server 3000 v2.0", "eLearning Office 3000" и "HyperMethod3.5".
TrainingWare предназначена для организации системы подготовки и контроля знаний персонала, автоматизации входного тестирования, быстрого ввода нового персонала, регулярных тренингов и аттестаций новым инструкциям и рекомендациям, создания единой системы учета компетенции персонала.
eLearning Server 3000 v2.0 позволяет организовать цикл дистанционного обучения - управление расписанием, сертификацией знаний учащихся, электронной ведомостью успеваемости и электронной библиотекой.
eLearning Office 3000 предназначен, прежде всего, для преподавателей высших и средних учебных заведений, а также для 1Т-специалистов, занимающихся проблемами дистанционного обучения.
HyperMethod 3.5 - конструктор мультимедиа приложений - предназначен для быстрого и эффективного создания информационных систем, презентационных дисков, электронных учебников, справочников, энциклопедий и любых других мультимедиа приложений.
В настоящее время существует множество универсальных программных продуктов иностранного производства, позволяющих создавать системы электронного обучения.
LinkWay - Разработчик IBM, ОС - MS-DOS. Предназначение: разработка демонстрационных роликов по различным темам; построение уроков в гипертекстовой манере; организация персональной базы данных и настольной канцелярии; управление внешними устройствами; построение оболочки ОС или пакетов прикладных программ.
Action - Разработчик Asymetrix company, ОС Win98/2000/XP. Предназначение: создание презентаций различной тематики; подготовка демонстрационных и рекламных клипов; разработка обучающих и контролирующих программ.
Multimedia ToolBook - Разработчик - Asymetrix company, ОС Win98/2000/XP. Предназначение: создание диалоговых сопровождений; реализация интерактивного обучения; разработка документов представленных в нескольких средах (гиперсреда); программирование баз данных и баз знаний.
Система оценки процесса обучения
В соответствии с приведенным определением конфликтной ситуации, игровые стороны (субъект и объект) должны иметь несовпадающие интересы и цели. Функциональные ролевые цели должны быть обусловлены спецификой моделируемых функциональных обязанностей специалистов, деятельность которых по выработке оперативных решений имитируется в процессе обучения. Движение к общей внутригрупповой цели должна быть направлена на разрешение строгого конфликта (или антагонизма) с объектом в смоделированных условиях выполнения задачи пожарной безопасности.
Однако, наличием механизма индивидуального оценивания каждого обучаемого, в конструкцию оперативной игры будет заложен соревновательный характер учебной деятельности. Этот факт определяет еще одну форму конфликта - во взаимоотношении между субъектами (между игровыми целями каждого из обучаемых и принятием общих решений. Для реализации в оперативной игре данной конфликтной ситуации требуется присутствие различия ролевых целей субъектов при их взаимодействии в рамках решения общей задачи ликвидации ЧС.
На этапе синтеза оперативной игры необходима правильная формулировка общей цели и ролевых целей для каждого обучаемого. Это даст возможность построить структуру игры так, чтобы сформировать, требующееся для реализации в игре конфликтной ситуации, находящейся в постоянном критическом состоянии, при взаимодействии субъектов с объектом и между собой.
Обучаемые в рамках оперативной игры должны выполнять функциональные обязанности, обусловленные своей ролью в игре, не выходя из рамок правил, установленных игрой. В оперативной игре допускаются роли любого уровня - от рядового спасателя до командира звена; групповое исполнение ролей; привлечение некоторых участников игры к организации игрового процесса; исполнение ролей, не имеющих реальных аналогов на практике (что объясняется возможностью использования объекта игрового моделирования, также не имеющего реального аналога); исполнение ролей моделирующими средствами комплекса.
Таким образом, оперативная игра представляет собой сложную иерархическую систему, характеризующуюся большим количеством параметров. Сложную структуру имеет также объект моделирования и управляющая система. При прочих равных условиях, требование к качеству управления предполагает учет в алгоритмах обратной связи максимально возможного числа параметров.
Иерархическая структура объекта и игрового комплекса требует разработки разветвленной системы оценивания, учитывающей иерархию и многоконтурность системы. При этом должны быть приняты во внимание такие моменты, как недостаточная информированность, способы представления оценок, отсутствие в ряде случаев формализованных критериев оптимальности, наблюдаемость системы и отдельных ее параметров, наличие или отсутствие объективных методов измерения.
Таким образом, многоуровневое взаимодействие в оперативной игре требует разработки в рамках ИАОК расширенного информационно-программного обеспечения ПЭВМ, а также возможности реализации работы обучаемых с ПЭВМ в режиме диалога посредством многоуровневого пользовательского интерфейса.
Поскольку оперативная игра по своей сути динамична, то паузы отрицательно сказываются на эмоциональном напряжении обучаемых. Поддержание определенного уровня эмоционального напряжения должно осуществляется требует соблюдению сбалансированного временного графика игры и четкого взаимодействия участников.
В процессе оперативной игры необходимо равномерно нагрузить всех обучаемых и предусмотреть своевременное окончание ими работы по каждому этапу. Соответственно, при разработке оперативной игры ставится задача рассчитать количество времени, выделяемое на принятие оперативного решения, таким образом, чтобы для решения поставленной задачи (в условиях дефицита времени) обучаемому пришлось максимально использовать свои способности. С этой целью необходимо: - контролировать уровень подготовленности обучаемых посредством обратной связи на протяжении всего хода оперативной игры; - проработать задания для обеспечения примерной равноценности альтернативных вариантов решений на этапе конструирования игры; - исключить тривиальные задания, не требующие от участников значительных усилий.
При распределении ролей в оперативной игре необходимо опираться на личностно-ориентированные характеристики обучаемых. Дифференцировать и индивидуализировать роли в процессе обучения предлагается с учетом когнитивных стилей участников оперативной игры, так как именно особенностями когнитивных стилей в основном определяется познавательная стратегия обучаемого [98].
Таким образом, исходя из проведенного анализа сформулируем концептуальные положения разработки АИОК на основе оперативной игры: 1. Объектом моделирования является оперативная ситуация. Моделирование объектов должно выполняться максимально подробно, а профессиональная деятельность обучаемых (как активных субъектов) и их должностные взаимодействия - близкими к реальным. 2. Роли в оперативной игре должны основываться на реальных должностных обязанностях обучаемых. Количество ролей может варьироваться от одной - двух (командир звена, спасатель) до группы в полном составе (звено разведки, пожарный расчет). 3. Взаимодействие ролей в оперативной игре должно строится на должностных отношениях. Одна роль может быть разыграна не одним обучаемым, а группой для демонстрации внутренних противоречий, иллюстрирования процесса принятия оперативного решения или формирования командного духа. 4. Взаимодействие игрового субъекта и объекта моделирования должно происходит в форме строгого конфликта или антагонизма. 5. Игра должна проходить повторяющимися циклами с похожим набором действий, чтобы закрепить навыки, но оперативные ситуации для каждого цикла должны быть различны. 6. Альтернативность принимаемых решений в оперативной игре имеет определенную специфику, а именно: при широком первоначальном выборе постепенно в процессе игры происходит сужение альтернативности решения. Это связано с таким специфическим понятием как «цепочка решений». Оно означает процесс изменения оперативной ситуации под воздействием принимаемых решений. А поскольку оперативная ситуация задает условия для последующего цикла, то для субъекта обучения существует угроза перехода игры в тупиковую (безальтернативную) ветвь. Данная особенность оперативной игры способствует развитию навыков стратегического мышления.
Математическая модель информационного обеспечения третьего уровня автоматизированного обучения
Данная модель построена на ряде допущений: - существование двух, в общем, независимых каналов обработки информации (вербального и неверба.]ьного); - ограниченный объем каждого из каналов в кратковременной памяти; - обработка информации требует активной деятельности по отбору, организации и интеїрапии информации в базу знаний.
Анализ опыта применения моделей и методов, разработанных на основе когнитивного подхода, указывает на целесообразность использования последнего при решении задач представления информации, в частности, с целью имитации слабострукгурированных объектов и систем.
Па основании проведенного анализа, сформулируем общие принципы представления мультимедиа в структуре информационного обеспечения ИАОК: - представление информации на комбинированной основе слов (слова; речь, текст) и изображение; - слова и изображения, относящиеся к одному знанию связаны; -связанные слова и изображения должны предъявляются одновременно с учетом эргономических и психолого-педагогических требований; - избыточные слова, изображения и звуки исключены из материала; - анимация используется в речевом сопровождении (или одновременно речи и текста).
Таким образом, учитывая наличие логической структуры и связности мультимедийных элементов в информационной базе ИАОК, учебный материал целесообразно представлять в виде гипермедийной организации, что позволяет увеличить наглядность изучаемого материала.
Метод и средства организации информационного обеспечения ИАОК. Интегрированный автоматизированный обучающий комплекс, как уже отмечалось, - это самый высокий уровень технических средств обучения, которые можно создать на основе современных информационных технологий.
Кроме того, можно отметить, что ИАОК представляет собой информационную систему. Структуру информационной системы образуют обеспечивающие подсистемы, среди которых можно выделить информационное, техническое, математическое, программное, организационное и правовое обеспечение. В этом разделе остановимся на подсистеме информационного обеспечения.
Информационное обеспечение - это важнейший элемент информационной системы, предназначенный для отражения информации, которую следует изучить, проанализировать, систематизировать обучаемому, а затем, на основе полученных знаний пройти промежуточный и итоговый контроль.
Для формализации описания представления информационного содержания изучаемого курса используют понятие контента.
В настоящее время под контентом понимают любое информационное наполнение, т.е. тексты, графика, мультимедиа и иное информационно значимое наполнение информационной системы. В этом плане в работе под контентом будем понимать логически структурированную гипермедийную информацию, предназначенную для непосредственного восприятия информации.
Для определения способов и методов подачи и организации информации организуется система управления учебным контентом (learning content management system - LCMS). Это система, которая создает, хранит, собирает и проигрывает персонализированный учебный контент в форме учебных объектов. Учебный объект - это единица учебного материала, она включает три компонента: достигаемая цель; учебный контент, требующийся для достижения цели (текст, видео, иллюстрации, структурированные слайды, демонстрации, симуляторы) и формы оценки, которые определяют достигнута цель или нет.
Так как одним из компонентов является центральная база данных единиц учебного материала, то компонент программного обеспечения использует методы и средства системами управления базами данных (СУБД). Основными средствами работы СУБД в системе управления являются:
Единица учебной информации может храниться отдельно, но может и совместно с другими единицами. Для оптимизации поиска целесообразно хранить отдельно.
Подавляющее большинство обучающих систем используют для представления контента гипертекстовую модель (В. Буш, Д. Энгельбарт, Т. Нельсон, Дж. Конклин).
Гипертекст - нелинейный текст, в котором между выделенными фрагментами устанавливаются перекрестные связи и определяются правила перехода от одного фрагмента к другому. Для организации гипертекста необходимо исходный текст превратить в систему - иерархию текстов, которые составят единую систему (рисунок 4.3). ! статья 2 текст статья музыка статья 4 вИДОО статья 5 изображение Рисунок 4.3.- Гипертекст - иерархия текстов
Среди технологических аспектов создания информационного обеспечения большое значение имеют методы организации контента.
Методы организации могут быть линейные и нелинейные. При линейной оргаїшзации структуры учебных единиц каждая из них, кроме первой и последней, связана с одной предыдущей и одной последующей. При нелинейной организации -количество предыдущих и последующих записей может быть произвольным.
Поскольку контент - логически структурированная гипермедийная информация, то наличие гипертекстовых элементов уже предполагает нелинейность методов организации системы информационного обеспечения. Кроме того, методы организации контента во многом зависят от модели данных, которые используются в учебном материале.
В работе " 1001 дается следующее определение модели данных. «Модель данных - совокупность правил организации данных и операций над ними». Правила организации данных накладывают ограничения на элементы данных, их типизацию и структуру.
Моделирование ситуации посредством иерархии семантически связанных элементов контента
На этапе тестирования производится выбор вероятного маршрута (пути) действий і( .л = ii -J) \ и определяется вес, а также производится оценка в баллах каждого из выбранных путей достижения цели - выполнение боевой задачи. При оценке веса выбранного пути действий необходимо учитывать вес каждого шага, влияющего на суммарную оценку. В случае, когда какой-либо шаг можно пропустить введем фиктивные ветви (дуги), которые также необходимо учитывать при оценке веса выбранного пути действий.
Тогда оценка выбранного пути действий, учитывающая разную весомость каждого шага, определяется следующим образом:
При фиктивном переходе от и к (п+1)- му уровню действий ребру присваивается значение 1. Так учитывается наличие фиктивных дуг в выбранном пути и неравномерность вклада полученных оценок весомости выбора направлений действий на каждом шаге принятия решений.
Таким образом, рассмотренный способ позволяет решать задачу автоматизированного обучения личного состава ГПС МЧС действиям в различных ситуациях при выполнении задачи пожаротушения, когда при моделировании возможных вариантов действий применяются знания экспертов. При этом предложенный подход к построению нечеткой МДО позволяет осуществлять оценку обоснованности принимаемых решений обучаемым в соответствии со складывающейся ситуацией на каждом шаге выбранной тактики действий обучаемого и проводить достаточно объективную оценку действий в целом.
Методика проведения эксперимента Объектом эксперимента является ИАОК разработанный в рамках диссертационного исследования. Гипотеза эксперимента: в результате применения ИАОК повысятся оперативность и качество подготовки личного состава ГПС МЧС.
Целью эксперимента является проверка соответствия ИАОК заданным требованиям и определения сроков и качества подготовки личного состава при помощи ИАОК.
Определение уровня подготовленности личного состава, при входном контроле, должно проводится с применением модели Раша [110]: где: р(8,6) - вероятность правильного ответа на вопрос. Для ИАОК рід,в) должна быть не менее 0.5 (уровень подготовки личного состава равен уровню сложности задания); S - уровень подготовленности личного состава; 9 - уровень сложности задания (все задания должны иметь уровень сложности 0.6-0.7). Отличительная особенность данной модели обусловливается тем, что ранжирование тестовых заданий по трудности одно и то же при любом уровне подготовленности учащегося.
Личный состав, участвующий в эксперименте, должен быть ознакомлен с правилами эксплуатации ИАОК.
Для валидности эксперимента при изучении различных тем следует менять контрольную и экспериментальную группы местами.
Методика эксперимента состоит в следующем: - проверка времени и качества обучения проводится подготовкой экспериментальных групп с помощью ИАОК применению различных технических средств пожаротушения, а контрольных - традиционными методами. После прохождения подготовки проводится тестирование данных групп на предмет умения обращения с средствами борьбы с пожаротушением. Измеряется время на подготовку каждой группы. ИАОК соответствует требованиям по времени и качеству обучения, если оценка, полученная личным составом экспериментальных групп будет выше, чем у контрольных, а время, затраченное на подготовку, меньше; проверка времени на прохождение отдельных этапов при непосредственной подготовке группы ГПС к выполнению задачи проводится путем измерения соответствующего времени. ИАОК соответствует требованиям, если время, затраченное на подготовку экспериментальными группами, меньше, чем контрольными группами; проверка на соответствие ИАОК требованиям к программно-аппаратному обеспечению.
ИАОК соответствует требованиям к программно-аппаратному обеспечению, если оно функционирует на данном типе ПЭВМ, и выполнены все требования к программному обеспечению.
Эксперимент осуществлялся в условиях проведения соревнований учебных групп на базе учебного пункта 2-й группы ФГУК «1 отряд ФПС по Курской области». Входной контроль показал одинаковую начальную подготовку экспериментальной и контрольной групп.
При проведении эксперимента выяснилось, что ряд спасателей (11 %) не были знакомы с работой на ПЭВМ. На устранение данного факта и знакомства с работой экспериментального ИАОК ушло три часа занятий. В то же время, после освоения ими разработанного ИАОК, процесс изучения различных методов пожаротушения происходил интенсивнее, чем у контрольных групп.
Эксперимент показал, что при применении ИАОК в учебном процессе оперативность обучения курсантов при подготовке возросла до значения в 1,6 раз и на основных этапах подготовки к выполнению задачи по ликвидации ЧС до 3 раз. При этом значение коэффициента творческих способностей составило 0,7-0,9 в зависимости от когнитивного стиля учебной группы.
Информационная база ИАОК позволяет расширить номенклатуру представленных в информационной базе технических средств и видов оперативных ситуаций. Анализ работы ИАОК показал, что чем полнее описание элементов оперативных ситуаций, тем адекватнее представление всего их спектра.
