Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Увага! На момент написання даного реферату магістерська робота не завершена. Передбачувана дата завершення - травень 2020 р Повний текст роботи, а також матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Зміст

Вступ

На сьогоднішній день електронне навчання використовується повсюдно, реалізуючи технологію безперервної освіти. Наявність попиту на системи управління навчанням (англ. Learning Management System, LMS), природно, народжує безліч пропозицій, створюючи проблему вибору найкращої. За даними команди Edutechnica, найпоширенішими в світі є Blackboard, Moodle і Canvas.

Однією з основних тенденцій в розробці автоматизованих навчальних систем є їх інтелектуалізація, тобто здатність системи адаптувати рівень подання навчального матеріалу до індивідуальних здібностей і можливостей учня. У зв'язку з цим актуальною є задача виявлення основних складових інтелектуальних навчальних систем і їх подальша програмна реалізація.

У загальному випадку навчальні програми вважаються інтелектуальними, якщо вони мають здатність: генерувати навчальні завдання; вирішувати завдання, що пред'являються тому, якого навчають, використовуючи методи представлення знань про дисципліни, що вивчається; визначати стратегію і тактику ведення діалогу; моделювати стан знань учня; самообучаться на основі аналізу результатів взаємодії з учнями.

1. Актуальність теми

Поява експертних систем МYСIN, DЕNDRАL, РRОSРЕСТОR, а також обнадійливі результати їх успішного застосування в області медицини, технічної діагностики, геофізики, управління безперервними технологічними процесами рішуче змінили ситуацію. стало очевидним, що методи правдоподібних і дедуктивних висновків можуть бути хорошим доповненням або частковою заміною фахівця, що ставить медичний або технічний діагноз і взагалі приймає рішення в формі вибору однієї з альтернативних гіпотез на підставі спостережуваних даних.

Магістерська робота присвячена актуальній науковій задачі розробки нової автоматизованої системи навчання по звичайних диференціальних рівнянь першого порядку. Вже згадана система покриває більшість розділів досліджуваної теми, дозволяє спостерігати за успішністю і процесом вивчення навчального матеріалу студентами, перевіряти виконані завдання на релевантність. Інтелектуальна складова в навчальній системі дозволить створювати унікальні програми навчання, яка буде відштовхуватися від наявних знань і рівня сприйняття навчального матеріалу навчаються. В якості математичних методів пропонується використовувати аналіз експертних систем.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Сучасні інтелектуальні навчальні системи мають різні алгоритми інтелектуалізації. Мета їх використання - проведення процесу навчання природничо-наукових предметів. Вони мають функціональну можливість оцінки кроку процесу рішення користувача за критерієм «правильно» і «неправильно». Крім того, такі інтелектуальні навчальні системи дають можливість підказки із зазначенням на неправильність кроку користувача або на його подальші дії. Невід'ємною функцією таких систем є те, що вони виставляють оцінки за підсумками навчання курсу. При роботі системи такого класу проводять перевірку процесу рішення користувача на критерії завершеності і правильності. Ці критерії перевіряють методом порівняння кроків вирішення користувача і кроків, які задані в системі за замовчуванням.

При реалізації процесу адаптації в інтелектуальних навчальних системах одним з найважливіших моментів є вибір математичних методів.

В даній роботі ставиться задача розробки сучасної інтелектуальної навчальної системи використовує моделей і алгоритмів на основі аналізу існуючих методів в області математичних моделей. Реалізація поставленої задачі базується на використанні методів і засобів комп'ютерних інформаційних технологій.

Відповідно до поставленої мети в роботі вирішується ряд завдань:

  1. Дослідження математичних моделей для впровадження їх в систему
  2. Обгрунтування доцільності створення моделей і алгоритмів для СІОС
  3. Формування ключових вимог, яким повинні задовольняти розробляються моделі і алгоритми.
  4. Вибір відповідного методу навчання на основі вже наявного рівня знань того, хто навчається і віддається перевага їм стилю навчання
  5. Виявлення недопонятости учням моментів і реагування відповідним чином
  6. Завдання, пов'язані з перевіркою рівня знань, умінь і навичок учнів до і після навчання, їх індивідуальних здібностей і мотивацій;
  7. Завдання адміністрування системи, доставки навчального матеріалу на робочі станції і завдання зворотного зв'язку з учнем.
  8. Завдання АОС, пов'язані з підготовкою і пред'явленням навчального матеріалу, адаптацією матеріалу за рівнями складності, підготовкою динамічних ілюстрацій, контрольних завдань, лабораторних робіт, самостійних робіт учнів;
  9. Завдання, пов'язані з реєстрацією і статистичним аналізом показників засвоєння навчального матеріалу: визначення часу вирішення завдань, визначення загального числа помилок і т.д. До цієї ж групи належать і завдання управління навчальною діяльністю;
  10. Визначення особливостей та функцій автоматизованого контролю, що реалізується в ІОС в умовах створення складних алгоритмів аналізу відповідей учнів

Об'єкт дослідження орієнтований на створення людино-машинних, або, як ще кажуть - інтерактивних, інтелектуальних систем. Найважливішими проблемами в цих дослідженнях є організація семантично бездоганного діалогу між людиною і такою системою.

Апробація

Апробація досліджень по даній роботі проходила на наступних конференціях:

  1. Інформатика, керуючі системи, математичне і комп'ютерне моделювання в рамках V Міжнародного Наукового форуму Донецької Народної Республіки (ІУСМКМ- 2019) : Х Міжнародна науково-технічна конференція (студентська секція), 22- 24 травня 2019, г. Донецк;
  2. Програмна інженерія: методи і технології розробки інформаційно-обчислювальних систем (ПІІВС- 2021);

4. Огляд досліджень і розробок

Оскільки на сьогоднішній день електронне навчання використовується повсюдно, реалізуючи технологію безперервної освіти. Наявність попиту на системи управління навчанням (англ. Learning Management System, LMS), природно, народжує безліч пропозицій, створюючи проблему вибору найкращої. Актуальною є задача виявлення основних складових інтелектуальних навчальних систем і їх подальша програмна реалізація.

4.1 Огляд національних джерел

Дослідження питань автоматизації педагогічного процесу почалися з кінця 60-х років XX століття, так само, як і перші спроби створення автоматизованих навчальних систем (АОС). Грунтуючись на активно розвивається в кінці 60-х - початку 70-х років концепції програмованого навчання (зокрема, дослідження П.Я.   Гальперіна [ 1 ], Н.Ф.   Тализіна [ 2 ], В.П.   Беспалько [ 3 ] і ін.), Були зроблені перші спроби комплексного аналізу автоматизації різних педагогічних процесів.

АОС « Контакт » була створена колективом Ризького політехнічного інституту під керівництвом Л.В. Ніцецкого в кінці 60-х на базі комп'ютерів « Мінськ-32 » в якості терміналів використовувалися електричні друкарські машинки, телетайпи і дисплеї [ 4 ]. Програма здійснювала контроль знань по комплексу питань попередньо занесених в її базу даних;

В 80-х роках почалися перші експерименти з впровадження АОС в вузах, ПТУ і школах (Новосибірську, Києві, Тбілісі, Москві) [ 5 ]. Складаються перші методичні вказівки щодо застосування АОС в вузах і середніх спеціальних навчальних закладах [ 6 - 9 ].

З часом з'являються перші АОС створюють модель учня і предметної області; їх називають експертними або інтелектуальними системами [ 10 ]. Такі системи адаптують зміст освіти до цілей учня, а також рівню його підготовки, створюючи модель учня [ 11 ].

4.2 Огляд міжнародних джерел

Перший етап дослідження можливостей створення навчальних систем припадає на 50-е і 60-ті роки двадцятого століття. Професор Б.Ф.& nbsp; Скіннер в 1954 році висунув ідею, що отримала назву програмованого навчання [ 12 ]. Вона полягала у заклику підвищити ефективність управління навчальним процесом шляхом побудови його в повному Відповідно до психологічними знаннями про нього, що фактично означає впровадження кібернетики в практику навчання [ 13 ]. Цей напрям почав активно розвиватися в США, а потім і в інших країнах. І вже тоді одним з основних ознак програмованого навчання вважалася автоматизація процесу навчання.

в 60-і роки було розроблено велику кількість спеціалізованих пакетів програм, орієнтованих на створення і супровід прикладних навчальних програм - автоматизованих навчальних курсів (АУК) на базі ЕОМ третього покоління. Одними з найвідоміших в нашій країні проектів використання обчислювальної техніки і засобів комунікації в навчанні є проект PLATO в найбільш розвиненою версії - PLATO-IV, а також вітчизняні автоматизовані навчальні системи (АОС) АОС-ВНЗ, АОС-СПОК, АСТРА, САДКО і деякі інші.

Крім систем селективного типу були створені продукують навчальні системи, в яких діалог з навчаються не програмується, а формується за кількома алгоритмам відповідно до набором операцій та фактів, закладених в систему. подібні навчальні системи призначалися для деяких специфічних предметних областей, які з тих чи інших причин опинилися виключно придатними для такого типу програмування. Як приклади можна привести систему Ліклайдера для навчання аналітичної геометрії [ 14 ] і систему Бітена і Лейна, навчальну вимові слів іноземної мови [ 15 ].

4.3 Огляд локальних джерел

В результаті огляду робіт студентів Донецького національного технічного університету було виявлено, що деякі студенти також займалися питаннями, пов'язаними з задоволеністю споживачів:

  1. Цибульський   Г.М., Герасимова   Е.И., Ерошин   В.В. Моделі навчання автоматизованих навчальних систем [ 16 ].
  2. Х.Н.   Тімергалін, С.Н.   К Автоматизовані навчальні системи і динамічні імітаційні моделі як основа сучасного дистанційного навчання [ 17 ].
  3. Мельников   А.В, ас. Цитовіч   П.Л.Основні принципи автоматизації проектування навчальної системи на базі об'єктно-контейнерного підходу [ 18 ].

Однак питання використання математичних методів у створенні інтелектуальних навчальних систем були раніше висвітлені, хоча вони мають ряд суттєвих відмінностей, пов'язаних з впровадженням їх в систему.

5. Принципи автоматизації проектування навчальної системи

В даний час в процес навчання активно впроваджуються програмні технології на базі персональних ЕОМ, застосовувані для передачі учневі навчального матеріалу і контролю ступеня його засвоєння. При цьому на ринку програмного продукту за останнє десятиліття з'явилася велика кількість навчальних систем, в тому числі і автоматизованих (АОС), які охоплюють різні предметні області, і покликані вирішувати завдання навчання на всіх етапах життя людини - від початкових класів середньої школи до процесу навчання у вищих навчальних закладах.

Якщо простежити весь процес розробки автоматизованих навчальних систем, то можна виділити ряд завдань проектування і реалізації програмної системи.

Завдання проектування автоматизованих навчальних систем

Малюнок 1 - Завдання проектування автоматизованих навчальних систем

Виділимо, насамперед, об'єкти складову стандартну навчальну систему, яку в подальшому будемо називати типовий навчальною системою (ТОС). Сформулюємо поняття ТОС.

В ТОС обов'язкова присутність наступних функціональних блоків:

Особливістю загальної стратегії побудови моделі навчання є взаємодія між викладачем і студентом, а також введення в процес навчання деяких програмних продуктів в безперервній формі інформаційних комп'ютерних технологій. Для навчання фахівця, що має високий рівень знань, в першу чергу необхідно визначити, яким чином можна вплинути на сприйняття студента з метою розвитку когнітивних здібностей. Таке можливо тільки при індивідуальному підході розвитку особистісних здібностей студента.

Метод викладання також заснований на здатності викладача викладати матеріал в легкій формі, доступній для сприйняття і розуміння. В оцінювання знань обов'язково включений проміжний контроль, який представляє собою контрольні запитання та завдання до лабораторних робіт, а також тестування та реферативні роботи на певну тему - це сукупність вимог, реалізованих процесом управління. Оцінювання знань являє собою сукупність результатів об'єктивного оцінювання викладачем рівня знань, з оцінкою знань автоматизованої системи.

Вищеописана структура моделі процесу навчання приведена рис 2.

Структурна схема концептуальної моделі навчання

Рисунок 2 - Структурна схема концептуальної моделі навчання
(анімація: 6 кадрів, 5 циклів повторення, 197 кілобайт)

На малюнку суцільними стрілками показані відносини впливу, а пунктирними стрілками відносини синхронного і асинхронного відгуку.

Тепер розглянемо функціональну модель ТОС, і поставимо в відповідність її функціональним блокам елементи об'єктної моделі, як показано на рис 3. Об'єднаємо об'єкти завдання в групи, які будемо називати контейнерами, відповідають функціональним блокам завдання. Кожен з таких контейнерів незалежний від інших і вирішує власну задачу в ТОС.

Функціональна модель ТОС

Малюнок 3 - Функціональна модель ТОС

Таким чином, контейнер являє собою стандартний програмний елемент ТОС. Виходячи з цього випливає, що програмна реалізація ТОС може бути виконана шляхом використання набору стандартних контейнерів.

Висновки

Виходячи з усього вище сказаного і грунтуючись на своєму розумінні даного питання, я вважаю, що впровадження в сферу освіти найпростіших електронно-обчислювальних машин, іншої електронно-обчислювальної техніки, а також автоматичних навчальних систем - безумовно, необхідний, прогресивний і важливий крок у розвитку та вдосконаленні нинішньої системи освіти, яка, на мою думку, потребує перетворення і реконструкції. Я вважаю, що цей процес невідворотний, а тому слід приймати його як невід'ємну частину науково-технічних перетворень, що відбуваються в нашому суспільстві. Для підвищення мотивації учня і включення в процес навчання системи самоконтролю, його активної участі в навчальному процесі і оцінки знань необхідно змінити сам підхід до проблем оцінки отриманих знань, а також збільшувати мотивацію учнів. Тому необхідно вводити діалог викладача і учня для поглиблення багажу знань і об'єктивної оцінки повноти знань учня. Таким чином, новітні технології вимагають зміни світогляду на традиційні методи використання ПК в системах контролю і доступу до інформаційних ресурсів, а також в організації всього навчального процесу. Все це можливо здійснити за допомогою автоматизованих навчальних систем, зменшивши до мінімуму необ'єктивний людський фактор.

Беручи до уваги вищесказане, можна зробити висновок, що впровадження автоматизованих навчальних систем безумовно підвищить у випускників різних навчальних закладів рівень їх професійної компетенції.

Перелік посилань

  1. Гальперин П.Я. Программированное обучение и задачи коренного усовершенствования методов обучения // К теории программированного обучения. — Москва, 1967.
  2. Талызина Н.Ф. Теоретические проблемы программированного обучения. Москва, 1969.
  3. Беспалько В. П. Программированное обучение. Дидактические основы. — М., 1970.
  4. Хотько С.М. Разработка программной управляющей части многотерминальных автоматизированных обучающих систем на базе ВЦКП. Дис. … канд. техн. наук. – Москва, 1984.
  5. Российская педагогическая энциклопедия под ред. В.Г. Панова. М., 1993.
  6. Методы использования автоматизированных обучающих систем на базе ЭВМ: Методические указания. — М., 1979. — 44 с.
  7. Лобанов Ю. И., Новиков В. А. и др. Краткие методические рекомендации по составлению и оформлению обучающих программ для автоматизированных обучающих систем. — М., Казань, 1981. —19 с.
  8. Организация учебного процесса с помощью АОС: Педагогические основы / Стрикелева Л.В., Пискунов М.У., Тихонов И.И. - Минск: Университетское, 1986. - 95 с.
  9. Автоматизированная обучающая система КОНТАКТ на базе ЕС ЭВМ. Версия КОНТАКТ. Вып.2: ОС. Методические указания / Под ред. Л.В.Ницецкого. Рига: РПИ, 1979. - 67 с.
  10. Лобанов Ю.И., Брусиловский П.Л., Съедин В.В. Экспертно-обучающие системы – М.: НИИ ВШ, 1991.
  11. Соловов А.В. Электронное обучение: проблематика, дидактика, технология. – Самара: «Новая техника», 2006. – 462 с.
  12. Skinner B.F. The science of learning and art of teaching. // Harward Education Review,Spring, 24, 1954. – p. 86-97.
  13. Талызина Н.Ф. Теоретические проблемы программированного обучения. – М.: Издво МГУ, 1969. – 133 с.
  14. Licklider J. Preliminary experiments in computer-aided teaching. // "Programmed Learningand Computer Based Instruction". – New York, Wiley, 1962. – p. 217-239.
  15. Buiten R., Lane H.S. Experimental system gives language student instant error feedback. /Digital Equipment Corporation Computer Application Note, 1965.
  16. Цибульский Г.М.,Герасимова Е.И., Ерошин В.В. Модели обучения автоматизированных обучающих систем. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://masters.donntu.ru/2013/fknt/chernichenko/library/6.htm
  17. Х.Н. Тимергалин, С.Н. Кол Автоматизированные обучающие системы и динамические имитационные модели как основа современного дистанционного обучения [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://masters.donntu.ru/2013/fknt/chernichenko/library/7.htm
  18. Мельников А.В, асс. Цытович П.Л. Основные принципы автоматизации проектирования обучающей системы на базе объектно-контейнерного подхода. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://masters.donntu.ru/2006/fvti/raskin/library/art06.htm