|
Лузанова Юлия Владимировна Факультет: Компьютерных наук и технологий Специальность: Системное программирование Научный руководитель: доцент, к.т.н., Мальчева Раиса Викторовна |
|
Реферат по теме выпускной работы «СПО специализированных компьютеров» Актуальность темы Все более заметна тенденция к постоянному повышению скорости обновления знаний. Возникают проблемы создания эффективных систем обучения (в том числе и систем, базирующихся на современной компьютерной технике и компьютерных технологиях), равно как и создание новых форм и способов представления учебного материала, поиска новых педагогических приемов и средств преподавания [1]. Одним из направлений повышения эффективности обучения, усвоения информации и сокращения затрат на сам процесс обучения является разработка и использование автоматизированных обучающих систем. В настоящее время применяется множество терминов, обозначающих автоматизированную обучающую систему, которые, по сути, являются аналогичными [2]. Наиболее распространенными из них являются: • система дистанционного обучения (СДО); • автоматизированная система дистанционного обучения (АСДО); • компьютерная обучающая система (КОС); • обучающая программа; • обучающая система и ряд других, менее распространенных понятий. Для пояснения общего смысла перечисленных выше терминов можно привести следующее определение. Компьютерная обучающая система (КОС) – это комплекс программно-технических и учебно-методических средств, обеспечивающих предоставление обучаемым изучаемого материала, проверку знаний обучаемых, интерактивное взаимодействие обучаемых и преподавателей в процессе обучения, а также предоставление обучаемым возможности самостоятельной работы по освоению изучаемого материала. Как правило, все эти системы применяют мультимедийные технологии [3]. Применение новых достижений компьютерной технологии (графика высокого разрешения, звук, видео, использование информации, созданной в других программах и др.) позволяет улучшить диалог обучающей программы с пользователем, расширить сферы применения программы. По данным ЮНЕСКО при аудиовосприятии усваивается 12% информации, при визуальном около 25%, а при аудиовизуальном до 65% воспринимаемой информации. Однако, если субъективное отношение пользователя к компьютерным методам обучения и к конкретной программе находится в диапазоне от нейтрального до резко отрицательного, то и эффективность обучающей программы резко снижается. Сегодня создано большое количество подобного рода программных продуктов, делаются попытки их классифицировать по разным признакам, дать определения. Цель и задачи исследования Целью исследования является разработка компьютерной образовательной системы, которая позволит повысить количество усвоенных знаний и эффективность восприятия информации, а также сократить время на изучение предмета, в том числе и время, затраченное преподавателем на представление информации и привитие практических навыков у студентов. Основные задачи исследования: 1) Анализ подходов к разработке КОС; 2) Разработка структуры КОС; 3) Обоснование и выбор компьютерных средств реализации; 4) Внедрение активных компонент в КОС (игры, интерактивные системы, прямой доступ к общению, например, через Skype с руководителем); 5) Реализация системы КОС; 6) Тестирование системы в группе учащихся. Предполагаемая научная новизна Заключается в использовании активных методов обучения из области психологии и педагогики с учетом психологических особенностей современной молодежи. При построении курса используется системный подход к обучению, основанный на анализе будущей деятельности обучаемого, генерации соответствующих задач, целей обучения и подборе соответствующего учебно-методического материала. Планируемые практические результаты 1) Создание КОС для реализации конкретной дисциплины, преподаваемой на кафедре КИ, также использование созданной КОС в учебном процессе; 2) Разработка методических рекомендаций и инструкций для выполнения новых лабораторных работ с использованием стендов EV8031/AVR (V3.2). Глобальный обзор исследований и разработок по теме: Классификация средств обучения C точки зрения управления учебным процессом все обучающие системы можно разделить на два класса [3]: I класс: обучающие системы, в которых управление процессом обучения возложено на пользователя. Содержит изложение учебной дисциплины или ее раздела в соответствии с ее логикой на машинном носителе в текстовом и графическом форматах. Обучающие системы данного класса отличаются между собой функциональностью, свойствами, способами их реализации и делятся на следующие подклассы: 1.1. Электронные учебник или методическое пособие с последовательной структурой – можно рассматривать как электронную копию традиционного печатного учебника или пособия. Структура представления материала на машинном носителе является последовательной. 1.2. Электронные учебник или методическое пособие с гипертекстовой структурой – Представление учебной дисциплины на машинном носителе имеет гипертекстовую структуру. 1.3. Полнотекстовая база данных - Имеется возможность обращения по ссылкам в авторском изложении учебной дисциплины к оригинальным текстам других авторов. Как авторский текст, так и тексты других авторов могут иметь гипертекстовую структуру представления на машинном носителе. 1.4. Электронная библиотека – система, управляющая комплексом электронных учебно-методических материалов различного класса по различным учебным дисциплинам, позволяющая обучаемому выполнять поиск информации (поиск по ключевым словам, поиск по предметной области) пространство поиска должно допускать расширение, причём необходима организация взаимодействия с соответствующей библиографической системой. 1.5. Мультимедийные электронные учебник или методическое пособие – Изложение учебной дисциплины полностью выполнено или дополнено изложением в аудио, видео форматах. Данная система позволяет обучаемому наблюдать динамику изучаемых явлений и изменять параметры этой динамики. Система может обладать всеми или несколькими свойствами полнотекстовых баз данных. 1.6. Электронные учебник или методическое пособие со средствами рубежного контроля – после каждого раздела учебной дисциплины системой формируется оценка, которая является основой для самоконтроля обучаемого. Система может обладать всеми или несколькими свойствами мультимедийных систем. II класс: обучающие системы, самостоятельно управляющие учебным процессом. Содержит изложение учебной дисциплины или ее раздела в соответствии с ее логикой на машинном носителе в текстовом, графическом, аудио, видео форматах. В конце каждой порции изложения учебной дисциплины в данных системах обучаемому предоставляются проверочные задания. В отличие от систем первого класса, в данных системах ответы и действия обучаемого влияют на дальнейший ход процесса обучения. Степень управления учебным процессом напрямую зависит от степени адаптации системы под конкретного обучаемого, поэтому обучающие системы данного класса разделяются на подклассы по степени их адаптивности и способами реализации адаптации: 2.1. Компьютерная обучающая система (КОС) с линейной моделью обучения – Структура представления материала на машинном носителе является последовательной. В зависимости от результатов проверки обучаемому предоставляется очередная (следующая) порция учебного материала, либо он возвращается к дополнительному изучению предшествующей порции. Система может обладать всеми или несколькими свойствами мультимедийных систем 1 класса. 2.2. Компьютерная обучающая система (КОС) с разветвленной моделью обучения – Для каждой порции учебной дисциплины в системе задано несколько вариантов изложения материала, различающихся по степени подробности, глубине изложения, а так же несколько вариантов предлагаемых в конце каждой порции проверочных заданий с различными уровнями сложности. Данная система адаптируется по глубине, степени подробности изложения изучаемого материала и сложности проверочных заданий, что позволяет ей формировать индивидуальную траекторию обучения. Реализуется параметрическая и структурная адаптация. 2.3. Компьютерная обучающая система (КОС) с адаптацией по форме изложения – Обучаемый имеет возможность выбирать форму изложения учебной дисциплины: преимущественно или текстовая, или графическая, или аудио, или видео форма. Система может обладать всеми или несколькими свойствами АОС с разветвленной моделью обучения. 2.4. Компьютерная обучающая система (КОС) с адаптацией по логике изложения – Контроль обучаемого осуществляется на основе сопоставления моделей о предметной области учителя (эталонной модели) и обучаемого. В данных системах реализуется параметрическая и структурная адаптация. 2.5. Мультиагентная компьютерная обучающая система (КОС) с адаптацией по объекту и целям обучения – управление учебным процессом осуществляется коллективом агентов, каждый из которых в отдельности обладает всеми свойствами обучающих систем предыдущих подклассов. Коллектив агентов составляется каждый раз под конкретного обучаемого, под его цели обучения. Типичная структура КОС представлена на рис.1 Рисунок 1 - Типичная структура курса обучения Критерии оценки качества КОС 1. Отсутствие грамматических и семантических ошибок. Обеспечивается за счет использования орфографических услуг существующего программного обеспечения. 2. Простота освоения программы и работы с ней. Достигается за счет использования механизма ссылок, заставок, графических указателей. 3. Адекватность языка и обозначений, которые используются в программе. Предполагается, что КОС должна быть написана на языке и в направлении, которые наиболее близки для студентов. 4. Открытость. Возможность расширения круга решаемых задач. 5. Выбор уровня сложности. Преподаватель выбирает различные уровни сложности и предлагает скорость работы на каждом этапе исследования. Результаты, имеющиеся к моменту завершения работы над авторефератом: Тестирование эффективности теоретических занятий по КОС Эксперимент проходил в течение 3-х месяцев и предусматривал выполнение 5-ти лабораторных работ - разработка программ моделирования для различных элементов системы управления. Теоретическую часть студенты изучали во время предыдущего семестра. В экспериментальной обучающей разработке применено квазиэкспериментальное проектирование. В этой оценке курса используются проекты методичек предварительного и конечного тестирования. Согласно этой теории, оценка включает в себя 3 области. Разработанные и спроектированные формы оценивания, были в виде познавательного теста, в эмоциональной и психомоторной формах. Рис.1.1 показывает план формального оценивания трех областей. Эти три инструмента оценки могут быть разработаны и усовершенствованы в процессе проектирования и на стадии реализации. Рис. 1.1. План формального оценивания трех областей Критериями эффективности компьютерной поддержки являются следующие: - степень экономии времени студентов (в связи с использованием навигации между разделами и вкладышами функций, графический материал, который способствует очевидному восприятию и скорости понимания материала); - наличие достаточного объема информации для собственных вычислений (генератор примеров, возможность сохранения объемной базы работ); - возможности для создания новых методов обучения с использованием компьютерной поддержки и модернизации существующих учебных курсов. Для проверки эффективности компьютерного курса был использован перечень основных критериев. Таблица 1.1 показывает результат анкетного опроса в эмоциональной области. В тестировании участвовали тридцать девять студентов. Анкетный опрос был исследован на годность тремя экспертами, значение надежности альфа Кронбаха оказалось 0,949. Таблица 1.2 – Результаты опроса учащихся
Тестирование эффективности практических занятий по КОС Вначале не был предложен язык для разработки модели. Проектирование систем моделирования – процесс, выполняющийся для того, чтобы гарантировать, что изучение не происходит случайно, а развивается, причем с определенными ощутимыми результатами. Ответственность учебного разработчика состоит в том, чтобы создать учебное испытание, гарантируя то, что ученики достигнут целей инструкции. Модель - это универсальный, систематический подход к учебному процессу проектирования, предоставляет учебным разработчикам платформу для того, чтобы гарантировать, что их учебные продукты эффективны, и их творческие процессы столь эффективны, насколько для них это возможно. Фазы: (1) Анализ: определение потребностей и ограничений; (2) Проектирование: определение учебного материала, оценка, выбор методов и характера их донесения; (3) Разработка: начало выполнения, начальное качество и доработка; (4) Реализация: приведение плана в действие; (5) Оценка: оценивание плана от всех уровней для следующей реализации. Рис.1.2 показывает результат выбора языка программного обеспечения Рис. 1.2. Результат выбора языка программного обеспечения Данные показывают, что 65.7 % пользователей предпочитает LabVIEW как среду для разработки своего программного обеспечения. Наши результаты выбора языка для разработки программы моделирования показаны на рис. 1.3. Рис. 1.3. Результаты выбора языка программирования Эксперимент длился в течение 3-х месяцев. Общее количество предлагаемых тем для моделирования 5. Каждый студент получил отдельное задание. В качестве задачи для лабораторной работы 2 - Моделирование динамического устройства (часы, спидометр и оценка) – было предложено активировать интерес к экспериментированию. Каждую неделю подводился итог общего числа завершенных лабораторных работ. Итоговая динамика процесса выполнения лабораторных работ дана в табл.1.3 и показана на рис.1.4. Таблица 1.3 – Динамика процесса выполнения лабораторных работ
Рис. 1.4. Динамика процесса выполнения лабораторных работ Рисунок 1.4 показывает, что в течение первого месяца только 2-3 студента работали. Большая часть студентов ожидала пример (подготовленный другим студентом или ассистентом). Разработка «Методических рекомендаций к выполнению лабораторной работы №1» Рисунок 1.5 показывает возрастание процента завершенных лабораторных работ, что говорит о том, что каждую неделю все больше и больше студентов медленно завершали 1-ю и 2-ю работы. Этот процесс активировался, потому что в конце 4-ой недели были разработаны “Методические Рекомендации к выполнению лабораторной работы 1”. К сожалению не все студенты завершили все лабораторные работы. Действительно, 3 студента (2 украинца и 1 иностранец) проигнорировали эксперимент (см. табл.1.4), и только 10 % завершили все предложенные работы (рис. 1.5). Таблица 1.4 – Результаты выполнения лабораторных работ
Рис. 1.5. Результаты выполнения лабораторных работ Выводы Результаты экспериментов показывают что: 1. Разработанный образовательный курс получил хорошую оценку. 2. Примеры программы моделирования были написаны на C++, потому что этот язык является самым близким для студентов. 3. В течение первого месяца работали только 2-3 студента. Большая часть студентов ожидала пример, и 3 студента проигнорировали эксперимент. 4. Методические рекомендации, подготовленные с детальным пояснением, увеличили выполнение лабораторных работ. Национальный обзор исследований и разработок по теме: В значительной мере качество ДО определяется качеством программного обеспечения и учебных материалов, используемых в системе дистанционного обучения. Основными показателями качества, характеризующими программный продукт, являются функциональные возможности, надежность, практичность, мобильность и т.д. Функциональные возможности конкретизируются функциональной пригодностью, корректностью, способностью к взаимодействию. Надежность определяется устойчивостью к дефектам и ошибкам, восстанавливаемостью, доступностью. Практичность характеризуется простотой использования, доступностью и понятностью. К мобильности относят такие показатели качества программного обеспечения, как адаптируемость, простота установки, сосуществование, замещаемость. Чтобы определить качество программного комплекса ДО рассматриваются наиболее популярные системы дистанционного обучения в русскоязычном пространстве. Для определения наиболее распространенных обучающих систем используется поисковая система « Google », которая на запрос «Система дистанционного обучения» выдает следующие системы (выбираются первые четыре): 1) «Прометей»; 2) «WebTutor»; 3) «STELLUS»; 4) «RedClass». «Прометей» (версия 4.0) - система дистанционного обучения, которая является бесспорным лидером в русскоязычном пространстве [7]. Система «Прометей» разработана для организации полноценного процесса дистанционного обучения и/или независимой проверки знаний, причем рассчитана на большие потоки слушателей. Система позволяет проводить обучение и проверку знаний в корпоративных сетях и сети Интернет, кроме того, ее можно использовать в качестве дополнительного средства для традиционных форм обучения. В системе реализованы следующие автоматизированные функции: - управление учебным процессом; - распределение прав доступа к образовательным ресурсам и средствам управления системой; - разграничение взаимодействия участников образовательного процесса; - ведение журналов активности пользователей учебного комплекса; - обучение и оценка знаний в среде Интернет, в корпоративных и локальных сетях. Система «Прометей» включает следующие подсистемы: - подсистему регистрации; - подсистему заказов; - подсистему платежей; - подсистему управления группами; - подсистему библиотеки учебных материалов; - подсистему календарного плана; - подсистему тестирования (оценки учебных достижений); - подсистему обмена информацией (средства общения); - подсистему администрирования; - мультимедиа-сервер; - подсистему отчетов; - дизайнер тестов; - интерфейс пользователя. Система дистанционного обучения «Прометей» позволяет автоматизировать весь учебный процесс. Создателям учебных комплексов предоставляется возможность выбирать степень следования полной модели. Исключая из полной модели отдельные элементы, удается достичь той степени детализации учебного процесса, которая необходима для решения поставленных задач. Так, один из простейших режимов использования СДО «Прометей», – проверка знаний (проведение зачетов и экзаменов при очной форме обучения, тестирование при приеме на работу либо сертификация специалистов). Полная же модель позволяет реализовать классическую модель университетского образования. Пользовательский интерфейс обеспечивает удобный доступ к объектам системы. Перечень команд меню, доступных пользователю, формируется автоматически – на основе ролевых полномочий (для слушателя, тьютора, организатора или администратора). Таким образом, данная система удовлетворяет всем критериям качества системы ДО, а именно: - наличие учебных планов по каждой дисциплине, возможность ознакомления с календарными планами; - наличие сетевых учебников по каждой дисциплине; - наличие инструментальных средств для оформления сетевых учебников и тестовых заданий (дизайнер теста); - удобство формы общения студентов (слушателей) и преподавателей (тьюторов); - понятный и удобный интерфейс работы с системой и т.д. «WebTutor» - представляет собой готовое решение для создания системы дистанционного обучения и корпоративного учебного портала [8]. Система дистанционного обучения WebTutor состоит из следующих модулей: - модуль управления дистанционным обучением; - редактор учебных курсов; - редактор интерактивных упражнений; - редактор тестов/контрольных вопросов; - модуль управления учебным порталом; - редактор информационных материалов портала; - хранилище организационной структуры/ведение пользователей; - управление/модерирование форумов; - шлюз для обмена с корпоративными сетями; - загрузка данных из системы учета персонала; - интеграция с (Active Directory, Dimino Directory, LDAP); - экспорт данных в хранилище данных, построенное на основе любой реляционной базы данных. С помощью программного обеспечения WebTutor можно создавать системы дистанционного обучения как для компаний, сотрудники которых работают в единой локальной сети, так и для компаний с распределенной сетевой инфраструктурой. В настоящий момент система WebTutor реализована на 2-х технологических платформах: - Microsoft (для хранения данных может использоваться как реляционная СУБД так и формат XML); - Lotus Domino. Данный программный комплекс также соответствует большинству критериев, определяющих качественную систему ДО, имеет гибкие возможности планирования обучения, развитый механизм тестирования, мощный редактор учебных материалов. «STELLUS» - полнофункциональный, построенный на web-технологии, модульный комплекс программного обеспечения для поддержки открытого образования [9]. STELLUS легко встраивается в учебный процесс любого учебного заведения - от школы до университета, от Центра повышения квалификации до корпоративных учебных центров. Комплекс предоставляет весь необходимый инструментарий для создания дистанционных учебных курсов, программированных учебных пособий и тестовых заданий. Слушатели получают доступ к изучаемым курсам и тестам, размещенным в корпоративной сети или Интернет, используя стандартный web-браузер (IE 5.5 и выше). STELLUS позволяет: - вести подготовку учебных материалов и тестов; - управлять учебным процессом (составлять индивидуальные и групповые расписания); - планировать учебную нагрузку; - обеспечивает процедуры сдачи тестов и экзаменов в автоматическом и полуавтоматическом режиме; - получать статистические отчеты для анализа. Все события в рамках процесса обучения фиксируются в базах данных. Эти данные могут быть использованы для статистического анализа. STELLUS покрывает все возможные задачи подготовки образовательного процесса, собственно образовательного процесса и хранения данных о нем и не требует для их реализации приобретения никаких дополнительных программ и устройств, имеет очень удобный интерфейс с возможностью преподавать как на русском, так и на любом другом языке. STELLUS может быть использован как системообразующий комплекс с другими системами дистанционного обучения в больших образовательных системах. «REDCLASS» (версия 2.1) - комплекс программно-аппаратных средств, учебных материалов и методик обучения, которые позволяют дистанционно обучаться, повышать квалификацию, контролировать знания в любых отраслях деятельности человека, а также вырабатывать практические навыки по эксплуатации и управлению программными продуктами, оборудованием и технологиями [10]. Для решения задач дистанционного тренинга СДТ REDCLASS обладает следующими средствами: - Среда эмуляции упражнений позволяет формировать и проверять навыки работы слушателей с системами, обладающими оконным интерфейсом. Упражнения для среды эмуляции создаются в Конструкторе упражнений; - Конструктор упражнений позволяет создавать упражнения с разветвленным сценарием выполнения и различными системами оценивания действий пользователей; - Виртуальные лаборатории предоставляют слушателям возможность работы с реальными (не эмулированными) программно-аппаратными комплексами (стендами) в удаленном режиме. Оборудование находится в учебном центре, а слушатели получают доступ к нему со своего рабочего места. Виртуальные лаборатории позволяют дать практику самостоятельной работы, не ограниченной возможностями эмулятора; - Электронный учебник предназначен для доставки мультимедийного контента на рабочее место слушателя; - Система тестирования предназначена для контроля успеваемости слушателей. В системе предусмотрены средства тестирования, позволяющие осуществлять входной, выходной и промежуточный контроль знаний, а также самооценку; - Система управления процессом обучения позволяет организовать процесс обучения в части управления каталогом курсов, пользователями системы и их правами доступа, отчетностью, системными каталогами (режимов обучения, внешних ресурсов, методик создания курса и т.п.). Таким образом, основное внимание при разработке и внедрении систем дистанционного обучения уделяется вопросам управления учебным процессом, учету результатов обучения и тестирования, интеграции с механизмами электронного общения и внешними системами. С развитием дистанционного образования и появлением подобных систем в русскоязычном пространстве все большее внимание начинают уделять разработке многоплатформенных систем, соответствующих международным стандартам. Выводы: Использование информационных технологий необходимо на всех уровнях образования – начальном, среднем, высшем. Без внедрения информационных технологий в сферу образования невозможно предоставить сегодняшним учащимся широкие возможности для получения использования информации не только в своей профессиональной сфере, но и во всех областях жизни современного общества [3]. В настоящее время всемирная сеть Интернет всё интенсивнее входит в нашу жизнь. Различные информационные серверы хранят миллиарды объектов, таких как Web-документы, коллекции рисунков, фотографий, аудио- и видеоматериалы и т.п. Такой информационный ресурс становится необходимым в современном процессе обучения. Различные электронные Интернет-библиотеки помогают частично решить проблему необеспеченности учебных заведений современной литературой; системы дистанционного обучения помогают организовать оперативное и индивидуальное обучение, упрощая или даже заменяя заочную форму; Интернет-форумы представляют собой базу для создания виртуальных сообществ преподавателей и т.д. При разработке учебных курсов упор делается на самостоятельную работу учащихся, их коллективное творчество, проведение мини-исследований различного уровня [12]. Перечень ссылок 1. Алисейчик П.А., Вашик К., Кнап Ж., Кудрявцев В.Б., Строгалов А.С., Шеховцов С.Г. Компьютерные обучающие системы [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.intsys.msu.ru/magazine/archive/v8%281-4%29/strogalov-005-044.pdf 2. Общие сведения об автоматизированных обучающих системах [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://itorum.ru/uslugi/avtomatizirovannye-obuchayushhie-sistemy/obshhie-svedeniya-ob-avtomatizirovannyx-obuchayushhix-sistemax/ 3. Максимова Г.М. Интерактивные обучающие программы [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.dzschool23.ru/eprogram 4. Скоробагатая А. Ю. Система дистанционного обучения по курсу «Обработка структур данных» [Электронный ресурс] / Портал магистров ДонНТУ. — Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2006/fvti/skorobagataya/diss/index.htm 5. Мирошниченко В. В. Система дистанционного обучения. [Электронный ресурс] / Портал магистров ДонНТУ. — Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2007/fvti/miroshnychenko/diss/index.htm 6. Канаво В. Методические рекомендации по созданию курса дистанционного обучения через Интернет [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.curator.ru/method.html 7. Система дистанционного обучения «Прометей»: описание работы, организация учебного процесса, структура, применение [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.prometeus.ru 8. Компания WebSoft - дистанционное обучение, e-learning, оценка персонала, электронные курсы, вебинары [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.websoft.ru 9. Система дистанционного обучения STELLUS [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.stel.ru/do/ 10. Система дистанционного обучения RedClass [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.redcenter.ru 11. Автоматизированные обучающие системы [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.ssl.obninsk.ru/web/002/index.nsf/index/aos/ 12. Развитие дистанционных форм обучения [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://cnit.ssau.ru/news/book_solovov/glava1/1_3.pdf |
|