Реферат з теми випускної роботи

Розробка навчальної системи з курсу
«СПЗ спецiалiзованих комп'ютерiв»

           Актуальність теми

      Все більш помітна тенденція до постійного підвищення швидкості оновлення знань. Виникають проблеми створення ефективних систем навчання (у тому числі і систем, базуються на сучасній комп'ютерній техніці і комп'ютерних технологіях), так само як і створення нових форм і способів подання навчального матеріалу, пошуку нових педагогічних прийомів і засобів викладання [1].
      Одним з напрямків підвищення ефективності навчання, засвоєння інформації і скорочення витрат на сам процес навчання є розробка і використання автоматизованих навчальних систем. В даний час застосовується безліч термінів, що позначають автоматизовану навчальну систему, які, по суті, є аналогічними [2]. Найбільш поширеними з них є:
     • система дистанційної освіти (СДО);
     • автоматизована система дистанційної освіти (АСДО);
     • комп'ютерна освітня система (КОС);
     • навчальна програма;
     • навчальна система і ряд інших, менш поширених понять.
      Для пояснення загального змісту перерахованих вище термінів можна навести таке визначення.
      Комп'ютерна освітня система ( КОС ) - це комплекс програмно-технічних та навчально-методичних засобів, забезпечують надання учнем досліджуваного матеріалу, перевірку знань учнів, інтерактивну взаємодію учнів і викладачів в процесі навчання, а також надання студентам можливості самостійної роботи з освоєння досліджуваного матеріалу.
      Як правило, всі ці системи застосовують мультимедійні технології [3]. Застосування нових досягнень комп'ютерної технології (графіка високого дозволу, звук, відео, використання інформації, створеної в інших програмах та ін) дозволяє поліпшити діалог навчальної програми з користувачем, розширити сфери застосування програми. За даними ЮНЕСКО при аудиовосприятия засвоюється 12% інформації, при візуальному близько 25%, а при аудіовізуальному до 65% сприйманої інформації. Однак, якщо суб'єктивне ставлення користувача до комп'ютерних методів навчання і до конкретної програмі знаходиться в діапазоні від нейтрального до різко негативного, то й ефективність навчальної програми різко знижується.
      Сьогодні створено велику кількість подібного роду програмних продуктів, робляться спроби їх класифікувати за різними ознаками, дати визначення.

           Мета і завдання дослідження

      Метою дослідження є розробка комп'ютерної навчальної системи, яка дозволить підвищити кількість засвоєних знань і ефективність сприйняття інформації, а також скоротити час на вивчення предмета, в тому числі і час, витрачений викладачем на представлення інформації та прищеплення практичних навичок у студентів.

      Основні завдання дослідження:
      1) Аналіз підходів до розробки КОС;
      2) Розробка структури КОС;
      3) Обгрунтування і вибір комп'ютерних засобів реалізації;
      4) Впровадження активних компонент в КОС (ігри, інтерактивні системи, прямий доступ до спілкування, наприклад, через Skype з керівником);
      5) Реалізація системи КОС;
      6) Тестування системи в групі учнів.

           Передбачувана наукова новизна

      Полягає у використанні активних методів навчання з області психології та педагогіки з урахуванням психологічних особливостей сучасної молоді. При побудові курсу використовується системний підхід до навчання, заснований на аналізі майбутньої діяльності учня, генерації відповідних завдань, цілей навчання і підборі відповідного навчально-методичного матеріалу.

           Плановані практичні результати

      1) Створення КОС для реалізації конкретної дисципліни, що викладається на кафедрі КІ, також використання створеної КОС в навчальному процесі;
      2) Розробка методичних рекомендацій та інструкцій для виконання нових лабораторних робіт із використанням стендів EV8031/AVR (V3.2).


           Глобальний огляд досліджень і розробок за темою:

           Класифікація засобів навчання

      З точки зору керування навчальним процесом, всі навчальні системи можна розділити на два класи [3]:

      I клас: навчальні системи, в яких управління процесом навчання покладено на користувача. Містить виклад навчальної дисципліни або її розділу відповідно до її логікою на машинному носії в текстовому і графічному форматах. Навчальні системи даного класу відрізняються між собою функціональністю, властивостями, способами їх реалізації і діляться на наступні підкласи:
      1.1. Електронні підручник чи методичний посібник з послідовною структурою - можна розглядати як електронну копію традиційного друкованого підручника чи посібника. Структура подання матеріалу на машинному носії є послідовною.
      1.2. Електронні підручник чи методичний посібник з гіпертекстової структурою - Представлення навчальної дисципліни на машинному носії має гіпертекстову структуру.
      1.3. Повнотекстова база даних - Є можливість звернення за посиланнями в авторському викладі навчальної дисципліни до оригінальних текстів інших авторів. Як авторський текст, так і тексти інших авторів можуть мати гіпертекстове структуру подання на машинному носії.
      1.4. Електронна бібліотека - система, що управляє комплексом електронних навчально-методичних матеріалів різного класу з різних навчальних дисциплін, що дозволяє обучаемому виконувати пошук інформації (пошук за ключовими словами, пошук по предметної області) простір пошуку повинна допускати розширення, причому необхідна організація взаємодії з відповідної бібліографічної системою.
      1.5. Мультимедійні електронні підручник чи методичний посібник - Виклад навчальної дисципліни повністю виконано або доповнено викладом в аудіо, відео форматах. Дана система дозволяє обучаемому спостерігати динаміку досліджуваних явищ і змінювати параметри цієї динаміки. Система може мати всі або декількома властивостями повнотекстових баз даних.
      1.6. Електронні підручник чи методичний посібник з засобами рубіжного контролю - після кожного розділу навчальної дисципліни системою формується оцінка, яка є основою для самоконтролю учня. Система може мати всі або декількома властивостями мультимедійних систем.

      II клас: навчальні системи, самостійно керують навчальним процесом. Містить виклад навчальної дисципліни або її розділу відповідно до її логікою на машинному носії у текстовому, графічному, аудіо, відео форматах. В кінці кожної порції викладу навчальної дисципліни в даних системах обучаемому надаються перевірочні завдання. На відміну від систем першого класу, в даних системах відповіді і дії учня впливають на подальший хід процесу навчання. Ступінь управління навчальним процесом безпосередньо залежить від ступеня адаптації системи під конкретного учня, тому навчальні системи даного класу поділяються на підкласи за ступенем їх адаптивності та способами реалізації адаптації:
      2.1. Комп'ютерна освітня система (КОС) з лінійною моделлю навчання - Структура подання матеріалу на машинному носії є послідовною. Залежно від результатів перевірки обучаемому надається чергова (наступна) порція навчального матеріалу, або він повертається до додаткового вивчення попередньої порції. Система може мати всі або декількома властивостями мультимедійних систем 1 класу.
      2.2. Комп'ютерна освітня система (КОС) з розгалуженою моделлю навчання - Для кожної порції навчальної дисципліни в системі задано кілька варіантів викладу матеріалу, що розрізняються за ступенем подробиці, глибині викладу, а так само кілька варіантів пропонованих в кінці кожної порції перевірочних завдань з різними рівнями складності. Дана система адаптується по глибині, ступеня подробиці викладу досліджуваного матеріалу і складності перевірочних завдань, що дозволяє їй формувати індивідуальну траєкторію навчання. Реалізується параметрична та структурна адаптація.
      2.3. Комп'ютерна освітня система (КОС) з адаптацією за формою викладу - Учень має можливість вибирати форму викладу навчальної дисципліни: переважно або текстова, або графічна, або аудіо, або відео форма. Система може мати всі або декількома властивостями АОС з розгалуженою моделлю навчання.
      2.4. Комп'ютерна освітня система (КОС) з адаптацією за логікою викладу - Контроль учня здійснюється на основі зіставлення моделей про предметну область вчителя (еталонної моделі) і учня. У даних системах реалізується параметрична та структурна адаптація.
      2.5. Мультиагентні комп'ютерна освітня система (КОС) з адаптацією по об'єкту та цілям навчання - управління навчальним процесом здійснюється колективом агентів, кожен з яких окремо має всі властивості навчальних систем попередніх підкласів. Колектив агентів складається щоразу під конкретного учня, під його мети навчання.

           Критерії оцінки якості КОС

      1. Відсутність граматичних та семантичних помилок. Забезпечується за рахунок використання орфографічних послуг існуючого програмного забезпечення.
      2. Простота освоєння програми та роботи з нею. Досягається за рахунок використання механізму посилань, заставок, графічних покажчиків.
      3. Адекватність мови та позначень, які використовуються в програмі. Передбачається, що КОС повинна бути написана на мові і в напрямку, які найбільш близькі для студентів.
      4. Відкритість. Можливість розширення кола вирішуваних завдань.
      5. Вибір рівня складності. Викладач обирає різні рівні складності і пропонує швидкість роботи на кожному етапі дослідження.


      Результати, наявні на момент завершення роботи над авторефератом:

           Тестування ефективності теоретичних занять по КОС

       Експеримент проходив протягом 3-х місяців і передбачав виконання 5-ти лабораторних робіт - розробка програм моделювання для різних елементів системи управління. Теоретичну частину студенти вивчали під час попереднього семестру. У експериментальної навчальної розробці застосовано квазіекспериментального проектування. У цій оцінці курсу використовуються проекти методичок попереднього і кінцевого тестування. Згідно цієї теорії, оцінка включає в себе 3 області. Розроблені і спроектовані форми оцінювання, були у вигляді пізнавального тіста, в емоційній і психомоторної формах. Рис.1.1 показує план формального оцінювання трьох областей. Ці три інструменти оцінки можуть бути розроблені і удосконалені в процесі проектування і на стадії реалізації.


       Критеріями ефективності комп'ютерної підтримки є наступні:
      - ступінь економії часу студентів (у зв'язку з використанням навігації між розділами і вкладками функцій, графічний матеріал, який сприяє очевидному сприйняття і швидкості розуміння матеріалу);
      - наявність достатнього обсягу інформації для власних обчислень (генератор прикладів, можливість збереження об'ємної бази робіт);
      - можливості для створення нових методів навчання з використанням комп'ютерної підтримки і модернізації існуючих навчальних курсів.
      Для перевірки ефективності комп'ютерного курсу був використаний перелік основних критеріїв. Таблиця 1.1 показує результат анкетного опитування в емоційній сфері. У тестуванні брали участь тридцять дев'ять студентів. Анкетне опитування було досліджено на придатність трьома експертами, значення надійності альфа Кронбаха виявилося 0,949.



      Рисунок 1.4 показує, що протягом першого місяця тільки 2-3 студенти працювали. Велика частина студентів чекала приклад (підготовлений іншим студентом або асистентом).

      Розробка «Методичних рекомендацій по виконанню
лабораторної роботи №1»

      Рисунок 1.5 показує зростання відсотка завершених лабораторних робіт, що говорить про те, що кожного тижня все більше і більше студентів повільно завершували 1-у і 2-ю роботи. Цей процес активувався, тому що наприкінці 4-го тижня були розроблені "Методичні Рекомендації до виконання лабораторної роботи 1".
      На жаль не всі студенти завершили всі лабораторні роботи. Дійсно, 3 студента (2 українців і 1 іноземець) проігнорували експеримент (див. табл.1.4), і лише 10% завершили всі запропоновані роботи (рис. 1.5).


      Висновки
      Результати експериментів показують що:
     1. Разработанный образовательный курс получил хорошую оценку.
     2. Приклади програми моделювання були написані на C + +, тому що ця мова є найближчою для студентів.
     3. Протягом першого місяця працювали тільки 2-3 студента. Велика частина студентів чекала приклад, і 3 студента проігнорували експеримент.
     4. "Методичні Вказівки", підготовлені з детальним поясненням, збільшили виконання лабораторних робіт.

           Національний огляд досліджень і розробок за темою:

      Значною мірою якість ДО визначається якістю програмного забезпечення та навчальних матеріалів, що використовуються в системі дистанційноі освіти.
     Основними показниками якості, характеризують програмний продукт, є функціональні можливості, надійність, практичність, мобільність і т.д.
      Функціональні можливості конкретизуються функціональної придатністю, коректністю, здатністю до взаємодії. надійність визначається стійкістю до дефектів і помилок, відновлюваність, доступністю. Практичність характеризується простотою використання, доступністю і зрозумілістю. До мобільності відносять такі показники якості програмного забезпечення, як адаптованість, простота установки, співіснування, замещаемость.
      Аби визначити якість програмного комплексу ДО розглядаються найбільш популярні системи дистанційного навчання в російськомовному просторі. Для визначення найбільш поширених навчальних систем використовується пошукова система «Google», яка на запит «Система дистанційного навчання» видає такі системи (вибираються перші чотири):
      1) «Прометей»;
      2) «WebTutor»;
      3) «STELLUS»;
      4) «RedClass».

      «Прометей» (версія 4.0) - система дистанційного навчання, яка є безперечним лідером у російськомовному просторі [7]. Система «Прометей» розроблена для організації повноцінного процесу дистанційного навчання та / або незалежної перевірки знань, причому розрахована на великі потоки слухачів. система дозволяє проводити навчання та перевірку знань в корпоративних мережах і мережі Інтернет, крім того, її можна використовувати як додатковий засіб для традиційних форм навчання.
      В системі реалізовані наступні автоматизовані функції:
      - керування навчальним процесом;
      - розподіл прав доступу до освітніх ресурсів і засобів керування системою;
      - розмежування взаємодії учасників освітнього процесу;
      - ведення журналів активності користувачів навчального комплексу;
      - навчання та оцінка знань в середовищі Інтернет, у корпоративних та локальних мережах.
      Система «Прометей» містить наступні підсистеми:
      - підсистему реєстрації;
      - підсистему замовлень;
      - підсистему платежів;
      - підсистему управління групами;
      - підсистему бібліотеки навчальних матеріалів;
      - підсистему календарного плану;
      - підсистему тестування (оцінювання навчальних досягнень);
      - підсистему обміну інформацією (засоби спілкування);
      - підсистему адміністрування;
      - мультимедіа-сервер;
      - підсистему звітів;
      - дизайнер тестів;
      - інтерфейс користувача.
      Система дистанційної освіти «Прометей» дозволяє автоматизувати весь навчальний процес. Творцям навчальних комплексів надається можливість вибирати ступінь проходження повної моделі. Виключаючи з повної моделі окремі елементи, вдається досягти того ступеня деталізації навчального процесу, яка необхідна для вирішення поставлених завдань. Так, один з найпростіших режимів використання СДО «Прометей», - перевірка знань (проведення заліків та іспитів при очній формі навчання, тестування при прийомі на роботу або сертифікація спеціалістів). Повна ж модель дозволяє реалізувати класичну модель університетської освіти.
      Користувальницький інтерфейс забезпечує зручний доступ до об'єктів системи. перелік команд меню, доступних користувачеві, формується автоматично - на основі рольових повноважень (для слухача, тьютора, організатора або адміністратора).
      Таким чином, дана система відповідає всім критеріям якості системи ДО, а саме:
      - наявність навчальних планів з кожної дисципліни, можливість ознайомлення з календарними планами;
      - наявність мережевих підручників з кожної дисципліни;
      - наявність інструментальних засобів для оформлення мережевих підручників і тестових завдань (дизайнер тесту);
      - зручність форми спілкування студентів (слухачів) і викладачів (тьюторів);
      - зрозумілий і зручний інтерфейс роботи з системою і т.д.

      «WebTutor» - є готовим рішенням для створення системи дистанційної навчання та корпоративного учбового порталу [8].
      Система дистанційної навчання WebTutor складається з наступних модулів:
      - модуль керування дистанційним навчанням;
      - редактор навчальних курсів;
      - редактор інтерактивних вправ;
      - редактор тестів / контрольних питань;
      - модуль керування навчальним порталом;
      - редактор інформаційних матеріалів порталу;
      - сховище організаційної структури / ведення користувачів;
      - керування / модерування форумів;
      - шлюз для обміну з корпоративними мережами;
      - завантаження даних з системи обліку персоналу;
      - інтеграція з (Active Directory, Dimino Directory, LDAP);
      - експорт даних в сховищі даних, побудоване на основі будь-якої реляційної бази даних.
      За допомогою програмного забезпечення WebTutor можна створювати системи дистанційної навчання як для компаній, співробітники яких працюють в єдиної локальної мережі, так і для компаній з розподіленою мережевий інфраструктурою. На даний момент система WebTutor реалізована на 2-х технологічних платформах:
      - Microsoft (для зберігання даних може використовуватися як реляційна база так і формат XML);
      - Lotus Domino.
      Даний програмний комплекс також відповідає більшості критеріїв, визначають якісну систему ДН, має гнучкі можливості планування навчання, розвинений механізм тестування, потужний редактор навчальних матеріалів.

      «STELLUS» - повнофункціональний, побудований на web-технології, модульний комплекс програмного забезпечення для підтримки відкритої освіти [9].
      STELLUS легко вбудовується в навчальний процес будь-якого навчального закладу - від школи до університету, від Центру підвищення кваліфікації до корпоративних навчальних центрів. Комплекс надає весь необхідний інструментарій для створення дистанційних навчальних курсів, програмованих навчальних посібників і тестових завдань. Слухачі отримують доступ до досліджуваних курсів та тестів, розміщеним в корпоративній мережі або Інтернет, використовуючи стандартний web-браузер (IE 5.5 і вище).
      STELLUS дозволяє:
      - вести підготовку навчальних матеріалів та тестів;
      - керувати навчальним процесом (складати індивідуальні та групові розкладу);
      - планувати навчальне навантаження;
      - забезпечує процедури складання тестів та іспитів в автоматичному і напівавтоматичному режимі;
      - отримувати статистичні звіти для аналізу.
      Всі події в рамках процесу навчання фіксуються в базах даних. Ці дані можуть бути використані для статистичного аналізу.
      STELLUS покриває всі можливі завдання підготовки освітнього процесу, власне освітнього процесу та зберігання даних про нього і не вимагає для їх реалізації придбання ніяких додаткових програм і пристроїв, має дуже зручний інтерфейс з можливістю викладати як російською, так і на будь-якому іншому мовою. STELLUS може бути використаний як системоутворюючий комплекс з іншими системами дистанційної навчання у великих освітніх системах.

      «REDCLASS» (версія 2.1) - комплекс програмно-апаратних засобів, навчальних матеріалів і методик навчання, які дозволяють дистанційно навчатися, підвищувати кваліфікацію, контролювати знання в будь-яких галузях діяльності людини, а також виробляти практичні навички з експлуатації та управління програмними продуктами, устаткуванням і технологіями [10].
      Для вирішення завдань дистанційної тренінгу СДТ REDCLASS володіє такими засобами:
      - Середа емуляції вправ дозволяє формувати і перевірятимуть навички роботи слухачів з системами, що володіють віконним інтерфейсом. Вправи для середовища емуляції створюються в Конструкторі вправ;
      - Конструктор вправ дозволяє створювати вправи з розгалуженим сценарієм виконання і різними системами оцінювання дій користувачів;
      - Віртуальні лабораторії надають слухачам можливість роботи з реальними (не емулюючий) програмно-апаратними комплексами (стендами) у віддаленому режимі. Обладнання знаходиться в навчальному центрі, а слухачі отримують доступ до нього зі свого робочого місця. Віртуальні лабораторії дозволяють дати практику самостійної роботи, не обмеженою можливостями емулятора;
      - Електронний підручник призначений для доставки мультимедійного контенту на робоче місце слухача;
      - Система тестування призначена для контролю успішності слухачів. У системі передбачені засоби тестування, що дозволяють здійснювати вхідний, вихідний і проміжний контроль знань, а також самооцінку;
      - Система керування процесом навчання дозволяє організувати процес навчання в частині управління каталогом курсів, користувачами системи та їх правами доступу, звітністю, системними каталогами (режимів навчання, зовнішніх ресурсів, методик створення курсу тощо).
      Таким чином, основну увагу при розробці та впровадженні систем дистанційної навчання приділяється питанням керування навчальним процесом, обліку результатів навчання і тестування, інтеграції з механізмами електронного спілкування і зовнішніми системами. З розвитком дистанційної освіти і появою подібних систем в російськомовному просторі все більшу увагу починають приділяти розробці багатоплатформні систем, відповідають міжнародним стандартам.

      Висновки:

      Використання інформаційних технологій необхідно на всіх рівнях освіти - початковому, середньому, вищому. Без впровадження інформаційних технологій в сферу освіти неможливо надати сьогоднішнім учням широкі можливості для отримання використання інформації не тільки у своїй професійній сфері, а й у всіх сферах життя сучасного суспільства [3].

      Сьогодні всесвітня мережа Інтернет все інтенсивніше входить в наше життя. Різні інформаційні сервери зберігають мільярди об'єктів, таких як Web-документи, колекції малюнків, фотографій, аудіо-і відеоматеріали і т.п. такий інформаційний ресурс стає необхідним у сучасному процесі навчання. різні електронні Інтернет-бібліотеки допомагають частково вирішити проблему незабезпеченості навчальних закладів сучасною літературою; системи дистанційного навчання допомагають організувати оперативне та індивідуальне навчання, спрощуючи або навіть замінюючи заочну форму; Інтернет-форуми являють собою базу для створення віртуальних спільнот викладачів і т.д.

      При розробці навчальних курсів упор робиться на самостійну роботу учнів, їх колективна творчість, проведення міні-досліджень різного рівня [12].

           Перелік посилань

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