Оцінка якості навчально-пізнавальної діяльності в системі "студент-комп’ютер"

Размещено на http://www.allbest.ru

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

05.01.04 - Ергономіка

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Оцінка якості навчально-пізнавальної діяльності в системі “студент-комп'ютер”

Ящун Тетяна Вікторівна

Харків - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українській інженерно-педагогічній академії Міністерства освіти і науки України комп'ютер навчання пізнавальний

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Ашеров Аківа Товійович,

Українська інженерно-педагогічна академія, зав. кафедрою інформатики та комп'ютерних технологій

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Алексієв Олег Павлович,

Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет,

зав. кафедрою електротехніки та електрообладнання

доктор технічних наук, професор

Лавров Євген Анатолійович,

Сумський державний аграрний університет,

проректор з навчальної роботи,

зав. кафедрою кібернетики та інформатики

Провідна установа: Харківська державна академія залізничного транспорту Міністерства транспорту України

Захист відбудеться “ 6 ” квітня 2000 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.059.03 при Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті за адресою: 61002, Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету за адресою: 61002, Харків, вул. Петровського, 25.

Автореферат розісланий “ 3 ” березня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат техн. наук, доцент Смирнов О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У зв'язку зі стрімкою комп'ютеризацією та інформатизацією суспільства у цілому, та різних сфер освіти зокрема, навчальний процес по багатьом дисциплінам грунтується на взаємодії студентів з комп'ютерами. Таким чином, при підвищенні якості навчального процесу важливим питанням є підвищення ефективності та якості навчальної діяльності у системі “студент-комп'ютер” (ССК).

Останні десятиліття безупинно розвивається комп'ютеризація навчання. У багатьох навчальних закладах комп'ютерні технології навчання (КТН) домінують серед інших навчальних технологій. На порядку денному давно вже стоїть питання про якість КТН. Однак для його вирішення потрібно, насамперед, навчитися проводити багатофакторну оцінку якості навчально-пізнавальної діяльності (НПД) в одному з елементів КТН - у системі “студент-комп'ютер”. Проблема оцінювання якості НПД у ССК має два аспекти: педагогічний та ергономічний. Педагогічний аспект є традиційним і полягає в розробці, як правило, вербальних методів (тестів) оцінювання знань, умінь та навичок студентів, розробці нових прийомів та методів навчання тощо. Ергономічний аспект полягає у розгляді навчально-пізнавальної діяльності як трудової діяльності студента в системі “студент-комп'ютер” та дотепер практично не розроблявся.

На теперішній час в ергономіці виконано ряд фундаментальних робіт з оцінювання надійності, якості та ефективності систем “людина-машина” (СЛМ), систем “людина-техніка-середовище” (СЛТС) та інших ергатичних систем. Працями А.І. Губинського, В.Г. Євграфова, П.Я. Шлаєна, В.М. Львова, В.М. Муніпова, В.П. Зінченка, Ю.Г. Фокіна, П.І. Падерно, А.Т. Ашерова, В.М. Войненка, Є.А. Лаврова та інших вчених закладено основи кваліметрії ерготехнічних систем.

Суттєвою відмінністю даного дослідження від відомих в ергономіці досліджень по оцінюванню якості трудової діяльності в СЛМ та СЛТС є вирішення проблеми оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності як трудової діяльності в системі “студент-комп'ютер”, яка розглядається як діяльність по засвоєнню знань, придбанню умінь та формуванню навичок.

Таким чином, актуальна проблема оцінювання якості НПД у системі “студент-комп'ютер” може бути вирішена на основі методів ергономіки і розглянута як проблема оцінювання якості функціонування спеціального виду системи “людина-машина”, як-от системи “студент-комп'ютер”.

Зростаючий рівень комп'ютеризації навчання створює передумови для підвищення якості навчально-пізнавальної діяльності. У свою чергу, якість навчально-пізнавальної діяльності в комп'ютерних технологіях навчання залежить від багатьох факторів. Однак існуючі методи оцінювання якості НПД суттєво обмежують розвиток комп'ютерних технологій навчання, тому що формалізований метод оцінювання, використовуваний у контролюючих та навчальних системах, є однофакторним, а традиційні евристичні методи оцінювання, що враховують, на думку педагогів, необхідну множину факторів, є інтуїтивними та важко формалізуються. Таким чином, сформувалося протиріччя між потребами комп'ютерних технологій навчання в оцінюванні якості цього навчання та нерозробленістю теорії в частині багатофакторного оцінювання якості НПД в системі “студент-комп'ютер”.

Отже, вибір теми дисертаційного дослідження зумовлений потребами розвитку методів багатофакторного оцінювання якості навчальної діяльності в комп'ютерних технологіях навчання у навчальних закладах, тренажерних центрах, центрах професійної підготовки. Розробка таких методів сприяє розв'язанню проблеми удосконалення способів професійної підготовки студентів будь-яких навчальних закладів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у рамках координаційного плану Інституту педагогіки та психології професійної освіти АПН України (рішення інституту від 19 листопаду 1998 р., протокол № 10).

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка методів оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності студентів у системі “студент-комп'ютер”.

Об'єктом дослідження в даній роботі є система “студент-комп'ютер” як система “людина-машина”. Предметом дослідження є якість навчально-пізнавальної діяльності студентів у системі “студент-комп'ютер”.

Гіпотеза дослідження полягає в припущенні, що сукупність багатофакторних регресивної та логічної моделей взаємодії студента з навчальним середовищем, що містять в якості аргументів параметри студента та комп'ютера як засобу навчання, дозволяє оцінювати якість навчально-пізнавальної діяльності з достатньою для практики точністю.

Відповідно до поставленої мети та висунутою гіпотези сформульовано наступні задачі дослідження:

Розробити кваліметричні моделі взаємодії студентів з комп'ютером як засобом навчання.

Розробити метод оцінювання якості НПД у ССК на основі багатофакторної регресивної моделі взаємодії.

Розробити метод оцінювання якості НПД у ССК на основі багатофакторної логічної моделі взаємодії.

Вирішені задачі досліджень дозволили винести на захист наступні наукові результати:

Метод обчислення міри інформативності факторів, що впливають на якість навчально-пізнавальної діяльності.

Кваліметричні регресивну та логічну моделі взаємодії в системі “студент-комп'ютер” у процесі навчально-пізнавальної діяльності.

Метод оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності на основі багатофакторної регресивної моделі взаємодії на основі методу групового урахування аргументів. комп'ютер комп'ютер пізнавальний

Метод оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності на основі багатофакторної логічної моделі взаємодії на базі нечіткої логіки.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

Вперше розроблено метод виділення найбільше інформативних факторів, що впливають на ефективність НПД студентів, який відрізняється від відомих кількісним оцінюванням кожного фактора і підтвердженням отриманих результатів шляхом автоматичного відсівання малозначимих факторів у процесі побудови регресивної моделі.

Вперше побудовано кваліметричну модель НПД студентів у системі “студент-комп'ютер” на основі методу групового урахування аргументів, яка відрізняється від відомих моделей одночасним комплексним обліком багатьох факторів і автоматичним виділенням найбільше істотних із цих факторів. Модель покладено в основу нового, оригінального методу оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності в системі “студент-комп'ютер”.

Вперше побудовано кваліметричну модель НПД студентів у системі “студент-комп'ютер” на базі нечіткої логіки, яка відрізняється від відомих моделей можливістю урахування факторів НПД, що допускають тільки якісний вимір, і знаходженням кількісної оцінки якості НПД на основі нечітких, словесних висловлень. Модель покладено в основу нового, оригінального методу оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності в системі “студент-комп'ютер”.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дослідження дають наступні можливості:

Використання розроблених кваліметричних моделей взаємодії в ССК дозволяє здійснювати кількісний прогноз якості навчально-пізнавальної діяльності.

Використання розроблених кваліметричних моделей взаємодії в ССК дозволяє визначити набір “педагогічних параметрів” навчального середовища і значення рівнів їх проявлення, що сприяють найкращій побудові комп'ютерних технологій навчання.

На основі розроблених методів оцінювання студент має можливість здійснювати саморегуляцію своєї навчально-пізнавальної діяльності з метою підвищення її якості.

Основні положення дисертаційної роботи впроваджено в навчальний процес на кафедрі інформатики та комп'ютерних технологій Української інженерно-педагогічної академії (акти впровадження від 6.10.99 та 20.10.99), на кафедрі кібернетики та інформатики Сумського державного аграрного університету (акт впровадження від 8.10.99), у навчальному відділі Інженерного центру приладобудування та комп'ютеризації (м. Харків) (акт впровадження від 30.09.99) та на комп'ютерних курсах українсько-китайського сумісного підприємства “Джен Фен” (акт впровадження від 14.10.99). Запропонований у дисертації підхід до оцінювання якості НПД у ССК може бути використано при підготовці фахівців будь-якого профілю при застосуванні КТН.

Особистий внесок здобувача. Всі наукові результати, що виносяться на захист, одержані особисто автором. У публікаціях, написаних у співавторстві, дисертанту належать (згідно зі списком наукових робіт у кінці автореферату): [1, 12] - формалізація задачі оцінки якості навчально-пізнавальної діяльності із застосуванням апарату нечіткої логіки; [2] - з огляду на теорію ергатичних систем постановка задачі прогностичної оцінки якості НПД та знаходження шляхів її вирішення; [3] - постановка задачі побудови кваліметричної регресивної моделі НПД на основі методу групового урахування аргументів; [4, 8] - аналіз існуючих підходів до розв'язання кожного з етапів логічної схеми оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності; [5] - опис специфічних особливостей дисциплін циклу “Інформатика”, що впливають на хід пізнавальних процесів студентів (курсантів); [9] - вияв типових учбових ситуацій, побудова графічних залежностей “кількість пропусків занять - успішність навчання”; [10] - розробка та формулювання методу оцінки якості НПД на базі нечіткої логіки; [11] - визначення місця прогностичних методів оцінювання серед інших методів оцінювання якості НПД; [13] - розробка та реалізація методу обчислення інформативності факторів, що впливають на якість НПД.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися на міжнародних науково-методичних конференціях “Ергономіка на автомобільному транспорті” (Харків, 1997), “Комп'ютерне моделювання” (Дніпродзержинськ, 1998), “Відкриті інформаційні та комп'ютерні інтегровані технології” (Харків, 1998), “Шляхи та проблеми входження освіти України у світовий освітянський простір” (Вінниця, 1999), на 3-му міжнародному молодіжному форумі “Радіоелектроніка та молодь у XXI ст.” (Харків, 1999), на всеукраїнській науковій конференції “Комп'ютери в навчальному процесі” (Умань, 1999). Результати роботи представлялися та одержали диплом на виставці - ярмарку “Освіта Харківщини” (Харків, 1998).

Публікації. Основні результати дослідження опубліковано в 10 наукових статтях, із яких 4 - в наукових фахових виданнях, перелік яких затверджено ВАК України за технічними спеціальностями, а також у матеріалах 3 науково-методичних конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 112 найменувань та 9 додатків. Обсяг роботи 167 сторінок, у тому числі 152 сторінки машинописного тексту, 20 рисунків, 22 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, визначено об'єкт, предмет та гіпотезу дослідження, сформульовано мету та задачі дослідження. Визначено новизну та практичну значимість отриманих результатів, викладено основні наукові результати, що виносяться на захист, а також особистий внесок дисертанта, відомості про апробацію результатів. Вказується кількість публікацій.

У першому розділі “Стан проблеми оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності в системі “студент-комп'ютер” та постановка задач дослідження” виявлено й обгрунтовано актуальні задачі оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності в системі “студент-комп'ютер” із позицій ергономіки і поставлено подальші задачі дослідження.

Під системою “студент-комп'ютер” як системою “людина-машина” розуміється система, що включає в себе студента як людину-оператора та комп'ютер як засіб навчання, тобто як проблемно-орієнтований інформаційно-апаратно-програмний комп'ютерний комплекс із методичним забезпеченням, призначений для навчання людини (групи людей), яка працює в автоматичному режимі або під керівництвом викладача (педагога). Такий комплекс прийнято називати навчальним середовищем.

Під навчально-пізнавальною діяльністю у ССК розуміється пізнавальна діяльність студента як частковий вид інтелектуальної діяльності, спрямованої на придбання нових знань, умінь та формування нових навичок під впливом комп'ютера як засобу навчання.

Розглядаються два види характеристик, що впливають на якість взаємодії в ССК: характеристики студента та характеристики навчального середовища.

Аналіз робіт з ергономіки показав, що практично відсутні ергономічні дослідження в галузі організації навчально-пізнавальної діяльності в системах “людина-машина”. Існуючі педагогічні методи оцінювання, з огляду на їх інтуїтивність та малофакторність, придатні тільки для оцінювання знань студентів у традиційних технологіях навчання. Для дослідження ж процесу НПД у системі “студент-комп'ютер” із метою підвищення якості такої діяльності в комп'ютерній технології навчання доцільним є використання методів, основаних на багатофакторних прогностичних моделях цієї діяльності виду

, (1)

де	Z -	визначальний показник якості НПД;
	F -	деяка функція;
	,	- характеристики студента, n - їх кількість;
	,	-	характеристики навчального середовища, m - їх кількість.

Наприкінці розділу ставляться задачі подальших досліджень.

У другому розділі “Кваліметричні моделі взаємодії в системі “студент-комп'ютер”” побудовано дві багатофакторні кваліметричні моделі взаємодії в системі “студент-комп'ютер” - регресивну та логічну. Новизна отриманого результату полягає в тому, що відомий метод багатофакторного регресивного аналізу з елементами самоорганізації (метод групового урахування аргументів) змістовно інтерпретовано та поширено на новий клас об'єктів: навчально-пізнавальну діяльність в системі “студент-комп'ютер”; запропоновано нову кваліметричну модель оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності, засновану на предикатно-логічній формі, що описує нечіткий логічний вивід визначального показника якості НПД у системі “студент-комп'ютер”.

Побудову кваліметричної моделі взаємодії в ССК розбито на дві узагальнені задачі: 1) формування множини вхідних найбільш істотних (інформативних) параметрів моделі; 2) моделювання розглянутої взаємодії на основі методів, що адекватно відображають механізм розглянутої взаємодії.

Для вирішення першої із зазначених задач розв'язано дві часткові задачі: виявлено методи вимірювання параметрів студента і навчального середовища та власне обчислені міри інформативності параметрів НПД.

Для адекватного визначення множини вхідних параметрів моделі, що найбільш істотно впливають на якість взаємодії в ССК, оцінено інформативність (обчислено міру інформативності) факторів НПД. Міра інформативності факторів НПД повинна задовольняти ряду вимог: надавати можливість вимірювання статистичного зв'язку між випадковими змінними (факторами НПД та визначальним показником якості НПД), які вимірюються по шкалах різного типу; надавати можливість урахування впливу фактора НПД на явище (визначальний показник якості НПД); інтерпретуватися як показник відносного зменшення непевності знання про якість взаємодії при знанні значень факторів НПД; бути асиметричною; надавати можливість установлення зв'язку більш ніж двох змінних.

Міра, що відповідає вказаним вимогам, повинна бути інформаційною, тобто побудованою на основі теоретико-інформаційного підходу. Обрано один із підходів до обчислення такої міри - ентропійний підхід із використанням інформаційних статистик Шеннона. Відповідно йому міра інформативності Г(Z/X) обчислюється за формулою:

Г(Z/X) = H(Z) + H(X) - H(Z,X) (2)

де H(Z), H(X), H(Z,X) - відповідно ентропія явища, фактора та спільна (явища та фактора).

Для побудови адекватної моделі взаємодії в ССК необхідно вибрати відповідні методи моделювання. Як вказувалося в першому розділі, необхідна модель повинна задовольняти головній вимозі - багатофакторності. На основі аналізу особливостей розглянутого процесу взаємодії виділено та обгрунтовано додаткові вимоги до моделей, що розробляються: 1) урахування стохастичності НПД, 2) урахування наявності елементів непевності; 3) можливість автоматичного відсіву несуттєвих параметрів; 4) реалізація на основі невеликої кількості статистичної інформації; 5) урахування факторів, що впливають на якість НПД; 6) можливість урахування якісних параметрів НПД; 7) одержання кількісної прогностичної оцінки (по будь-якій шкалі).

Щоб задовольнити групу зазначених вимог обрано два методи моделювання: один із методів регресивного аналізу - метод групового урахування аргументів (МГУА) та метод, що грунтується на базі нечіткої логіки.

Обрані методи моделювання складають основу побудови двох видів моделей взаємодії в системі “студент-комп'ютер”:

кваліметричної багатофакторної регресивної моделі взаємодії, що самоорганізується, на основі МГУА;

кваліметричної багатофакторної логічної моделі взаємодії на базі нечіткої логіки.

З метою побудови кваліметричної регресивної моделі взаємодії в ССК розв'язано наступну задачу знаходження оптимальної по МГУА регресивної залежності:

, (3)

де	f* -	оптимальна модель;
	F -	множина розглянутих моделей;
	CR -	зовнішній критерій якості моделі f із цієї множини.

Процес вирішення вказаної задачі на основі МГУА розбито на наступні етапи:

Отримання необхідних статистичних даних.

Вибір класу базисних функцій моделей.

Оцінювання параметрів структур, що генеруються, та формування множини F.

Мінімізація заданого зовнішнього критерію CR та вибір кращої моделі f*.

У якості необхідних статистичних даних використовуються дані студентів експериментальних груп та навчального середовища, із яким вони взаємодіють. Зібрані статистичні дані оформляються у вигляді початкової матриці, на основі якої проводиться подальша побудова моделі.

У якості базисної функції при моделюванні обрано білінійну функцію виду . Вибір функції такого виду пояснюється наступними фактами: білінійна функція широко досліджена та має простий і зручний для використання вигляд; білінійна функція дозволяє враховувати лінійний вплив кожного з параметрів НПД; білінійна функція дозволяє враховувати сукупний вплив на якість НПД факторів НПД. На основі цієї функції генеруються подальші структури.

Важливе значення в теорії МГУА має вибір зовнішнього критерію. Це пов'язано з тим, що значення цього критерію впливає на продовження або припинення ітераційного процесу моделювання. Зовнішній критерій проходить через свій мінімум, що дає змогу визначити модель оптимальної складності. У дисертації обгрунтовано вибір критерію регулярності в якості зовнішнього критерію моделі НПД.

Процес взаємодії в системі “студент-комп'ютер” на базі нечіткої логіки представлено у вигляді відображення

 (4)

де	Х -	множина факторів НПД , (характеристики студента та навчального середовища);
	D -	множина оцінок визначального показника якості НПД:  - незадовільно (2); - задовільно (3); - добре (4); - відмінно (5).

Задачу знаходження прогностичної оцінки якості розбито на декілька етапів (рис. 1):

Побудова матриці знань за експериментальними значеннями факторів НПД та відповідних їм оцінок якості НПД.

Фіксування значень факторів НПД конкретного досліджуваного студента .

Побудова функцій належностей оцінок факторів НПД та показника якості НПД.

Встановлення зв'язку між вхідними та вихідною змінними з використанням композиційного правила виводу Заде.

Знаходження оцінки показника якості НПД конкретного студента на основі встановленого зв'язку.

Матриця знань являє собою таблицю, кожний рядок якої відповідає процесу оцінювання якості НПД окремого студента. У стовпцях крім останнього знаходяться лінгвістичні оцінки факторів НПД, останній стовпець відповідає лінгвістичній оцінці визначального показника якості НПД. Кількість рядків матриці знань дорівнює кількості студентів, що беруть участь в експерименті.

Інформація, що міститься в матриці знань, може бути подана у вигляді відображення

(5)

де	, - кількість студентів, що отримали відповідну оцінку ;
	, - фактори НПД;
	- лінгвістичні оцінки рівнів факторів НПД;
	, - оцінки визначального показника якості НПД.

Лінгвістичні оцінки рівнів факторів НПД обрано з 5-елементної терм-множини {“Високий”, “Вище середнього”, “Середній”, “Нижче середнього”, “Низький”}, а оцінки визначального показника якості НПД із 4-елементної терм-множини {“Високий”, “Вище середнього”, “Нижче середнього”, “Низький”}.

Для виводу прогностичної оцінки якості НПД використано відоме композиційне правило Заде, поширене на випадок більш як одного вхідного параметра, що інтерпретується в термінах НПД. З урахуванням особливостей прогнозування якості НПД уточнено формулу для обчислення відстані між нечіткими множинами.

Описаний механізм моделювання взаємодії в системі “студент-комп'ютер” на базі нечіткої логіки являє собою алгоритм побудови логічної моделі взаємодії. Під логічною моделлю прийнято розуміти опис процесу діяльності формальною логічною мовою, називаною численням предикатів першого порядку. При цьому мова задається множиною символів, термів та формул. У нашому випадку розглянута модель описує процес навчально-пізнавальної діяльності. У якості множини символів (алфавіту) виступають змінні - лінгвістичні змінні, що відповідають параметрам НПД та визначальному показнику якості НПД, та використовувані при виводі логічні зв'язки - (логічне І), (логічне АБО), (декартовий добуток), (операція max-min композиції). Термами є нечіткі константи “Високий”, “Вище середнього”, “Середній”, “Нижче середнього”, “Низький”. Формулами є співвідношення, що описують нечіткий логічний вивід визначального показника якості НПД та його інтерпретацію. Відмінністю від традиційної логічної моделі є те, що в результаті нечіткого виводу одержується величина, що відповідає одному з чотирьох нечітких термів визначального показника якості НПД, а не величина, що приймає одне з 2-х значень - істина або хибність. Ця відмінність є особливістю нечіткої логіки і дозволяє враховувати специфіку розглянутого процесу навчально-пізнавальної діяльності.

На основі розроблених багатофакторних моделей взаємодії в ССК запропоновано схему саморегуляції студентами якості своєї НПД.

Студент, використовуючи розроблені програмні засоби (один або обидва для порівняння результатів), має можливість за малий час одержати прогностичну оцінку якості своєї навчальної діяльності наприкінці певного періоду навчання. Підбираючи рівні своїх характеристик, що відповідають оптимальному результату навчання, студент може визначити лінію своєї власної навчальної поведінки, виявити недоліки деяких своїх особистісних якостей та зробити для себе висновки щодо процесу навчання, у який йому треба включитися.

У третьому розділі “Методи оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності на основі моделей взаємодії в системі “студент-комп'ютер”” з урахуванням особливостей моделювання навчально-пізнавальної діяльності розроблено методи оцінювання якості взаємодії в системі “студент-комп'ютер” на основі регресивної та логічної моделей. На відміну від існуючих методів дані методи дозволяють робити більш вірогідні прогностичні оцінки якості НПД, оскільки вони основані на урахуванні великого числа факторів та на нечіткому (словесному) виводі оцінок.

Аналогічно процесу побудови моделі взаємодії в розглянутій системі, розробка методу оцінювання якості НПД складається з двох укрупнених етапів:

Обчислення мір інформативності конкретних параметрів НПД; ранжування параметрів НПД за ступенем впливу на якість НПД; формування множини вхідних параметрів експериментальної моделі взаємодії в ССК.

Реалізація методу моделювання, використовуваного для побудови моделі взаємодії в ССК, на даних експериментальних груп студентів та оцінювання якості НПД.

Результати обчислення та ранжування мір інформативності параметрів студента та виділені в першому розділі істотні параметри педагога - автора навчального середовища дозволили сформувати множину вхідних параметрів моделі взаємодії в системі “студент-комп'ютер” (на даних експериментальних груп), що включає блок параметрів студента та блок параметрів навчального середовища.

У результаті реалізації регресивної моделі на даних експериментальних груп студентів визначено підсумковий ланцюжок регресивних залежностей. На підставі ланцюжка можливо одержання прогностичної оцінки якості НПД студентів того ж профілю, що і студенти експериментальних груп.

На основі отриманих результатів моделювання розроблено метод прогностичного оцінювання якості НПД на основі МГУА.

У результаті реалізації логічної моделі виявлено специфічні особливості моделювання на базі нечіткої логіки та розроблено метод прогностичного оцінювання якості НПД на базі нечіткої логіки.

За результатами аналізу двох розроблених методів прогностичного оцінювання складено таблицю переваг та недоліків розглянутих методів (таблиця).

Таблиця

Порівняльна характеристика двох методів оцінювання якості НПД

Можливості застосування	Метод оцінювання
	МГУА	Нечітка логіка
Одержання прогностичної оцінки якості НПД	+	+
Саморегуляція якості НПД студентами	+	+
Корекція викладачем методів та прийомів викладання для поліпшення якості навчання	-	+
Одержання наочної функціональної залежності визначального показника якості НПД від факторів НПД	+	-
Визначення найістотніших факторів НПД	+	-

У четвертому розділі “Експериментальна апробація та перевірка адекватності методів прогностичного оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності студентів” розроблено та реалізовано сукупність підходів (технологію) перевірки вірогідності та ефективності методів прогностичного оцінювання якості НПД.

Перевірка вірогідності розроблених методів здійснювалася в двох напрямках:

У результаті проведених експериментів на початку навчального семестру було отримано прогностичні оцінки якості НПД у системі “студент-комп'ютер” на основі розроблених методів. Ці оцінки порівнювалися з реальними оцінками студентів за підсумками іспиту. Коефіцієнт кореляції між прогностичними та реальними оцінками по першому методу склав 0.743, по другому, відповідно, 0.789. Наведені статистичні показники свідчать про достатню вірогідність методів.

За результатами використання двох критеріїв непараметричної статистики для залежних вибірок: критерію знаків та критерію Вілкоксона при рівні значимості = 0.05 прийнято гіпотезу, що підтверджує вірогідність методів.

Для дослідження ефективності розроблених методів було проведено експеримент на базі тренажерного відділу Інженерного центру приладобудування та комп'ютеризації (м. Харків). Досліджувався навчальний процес підвищення кваліфікації оперативного персоналу хімічних виробництв. Цей навчальний процес базується на використанні певної кількості автоматизованих навчальних систем (АНС) та інформаційно-пошукових систем (ІПС). Експеримент полягав у виборі на основі використання розроблених методів оптимального часу роботи операторів з АНС та ІПС для кожної дисципліни. Проведений експеримент дозволив підвищити якість навчання в середньому на 0,4 бали.

Точність прогнозу за методом на основі МГУА на “5” та “4” оцінили 84% експертів, за методом на базі нечіткої логіки - 83% експертів.

ВИСНОВКИ

У ході теоретико-експериментального дослідження було вирішено всі поставлені в роботі задачі, отримано та проаналізовано результати. Основні результати роботи полягають у наступному:

А. Теоретико-методологічні результати:

Розроблено метод оцінювання інформативності факторів НПД (параметрів студента та навчального середовища) та суміжних з нею характеристик.

Розроблено та формалізовано багатофакторну кваліметричну регресивну модель взаємодії в системі “студент-комп'ютер” на основі методу групового урахування аргументів.

Розроблено та формалізовано багатофакторну кваліметричну логічну модель взаємодії в системі “студент-комп'ютер” на базі нечіткої логіки.

Розроблено методи оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності на основі регресивної та логічної моделей взаємодії в системі “студент-комп'ютер”.

Б. Інструментальні результати:

Розроблено технологію кількісного та якісного виміру фактору НПД.

Розроблено нові засоби (методику, прикладний програмний засіб) оцінювання інформативності та суміжних з нею характеристик для факторів НПД.

Розроблено нові засоби (методики, алгоритми, прикладні програмні засоби) оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності в системі “студент-комп'ютер”.

В. Експериментальні результати:

На основі даних студентів експериментальних груп визначено міри інформативності факторів НПД; фактори НПД проранжировано по спаданню цього показника.

На основі експериментального дослідження навчального процесу підвищення кваліфікації операторів хімічних виробництв експериментально перевірено можливість використання розроблених методів із метою підвищення якості навчання.

На основі даних студентів експериментальних груп перевірено адекватність та педагогічну придатність розроблених методів прогностичного оцінювання якості НПД.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В РОБОТАХ

Ляшенко Т.В., Ашеров А.Т. Оценка знаний на базе нечеткой логики при подготовке специалистов с использованием обучающих систем: 1. Теоретические основы // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - 1998. - № 3. - С. 47-50.

Lyashenko T., Lungu S., Plenkoviж J. The evalution of the educational cognitive activity quality of students of higher education institutions // Informatologia. Society and technology. - Zagreb. - 1998. - P. 21-25.

Ящун Т.В., Метешкин А.А. Пути повышения качества учебного процесса на основе прогнозирования с использованием ЭВМ // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. - Вып. 1. - Харьков: ХАИ. - 1998. - С. 256-260.

Ашеров А.Т., Ящун Т.В., Лунгу С.И. Оценка и прогноз качества учебного процесса в вузе (обзор): методы и модели оценки и прогноза // Вестник ХГАДТУ. - Вып. 8. - Харьков: ХГАДТУ. - 1998. - С. 15-20.

Метешкин А.А., Ляшенко Т.В. Формирование образа электронной вычислительной машины в сознании курсантов при изучении дисциплины “Информатика” // Навчально-виховний процес: методика, досвід, проблеми. - Харьков: ХВУ. - 1997. - № 2 (30). - С. 25-28.

Ляшенко Т.В. Прогноз качества учебного процесса как эргатической системы: постановка задачи // Труды междунар. конф. “Эргономика на автомобильном транспорте”. - Харьков: ХГАДТУ. - 1997. - С. 116-118.

Ляшенко Т.В. Прогноз качества учебного процесса как эргатической системы: методы исследования // Труды междунар. конф. “Эргономика на автомобильном транспорте”. - Харьков: ХГАДТУ. - 1997. - С. 119-121.

Ашеров А.Т., Ящун Т.В., Лунгу С.И. Оценка и прогноз качества учебного процесса в вузе (обзор): структура проблемы // Вестник ХГАДТУ. - Вып. 8. - Харьков: ХГАДТУ. - 1998. - С. 9-14.

Сажко Г.И., Ящун Т.В., Лунгу С.И. “Успеваемость-посещаемость” студентов высших учебных заведений: корреляционный анализ // Вестник ХГАДТУ. - Вып. 8. - Харьков: ХГАДТУ.- 1998. - С. 20-23.

Ящун Т.В., Сажко Г.И. Контролирующие системы на базе нечеткой логики как способ интеллектуальной оценки знаний // Зб. наук. праць 3-го Міжнародного молодіжного форуму “Радіоелектроніка і молодь у XXI ст.”. - Частина 2. - Харків: ХДТУРЕ. - 1999. - С. 327-330.

Ящун Т.В., Сажко Г.И. Методы оценки знаний обучающихся: сравнительный анализ, пути совершенствования // Доповіді міжнар. конф. “Шляхи та проблеми входження освіти України в світовий освітянський простір”. - Том 1. - Вінниця: “УНІВЕРСУМ-Вінниця”. - 1999. - С. 245-249.

Ящун Т.В., Рева Е.А. Моделирование процесса оценки знаний обучаемых на базе нечеткой логики // Тези доповідей міждержавної конф. “Комп'ютерне моделювання”. - Дніпродзержинськ. - 1998. - С. 121-122.

Ашеров А.Т., Ящун Т.В. Информативность факторов, определяющих качество учебно-познавательной деятельности обучаемых // Матеріали всеукраїнської конференції “Комп'ютери в навчальному процесі”. - Умань: Інкомтех. - 1999. - С. 14-15.

АНОТАЦІЯ

Ящун Т.В. Оцінка якості навчально-пізнавальної діяльності в системі “студент-комп'ютер”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.04 - Ергономіка. - Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет, Харків, 2000.

Дисертацію присвячено питанням оцінювання якості навчально-пізнавальної діяльності в системі “студент-комп'ютер”. Система “студент-комп'ютер” розглядається як інтелектуальна ергатична система, на якість якої впливають дві групи характеристик: характеристики студента та характеристики комп'ютера як засобу навчання. Оцінювання якості взаємодії в системі “студент-комп'ютер” робиться на основі двох багатофакторних кваліметричних моделей: регресивної та логічної. Багатофакторна регресивна модель будується на основі методу групового урахування аргументів, логічна - на базі нечіткої логіки. За результатами реалізації регресивної та логічної моделей розробляються відповідні методи оцінювання якості взаємодії в системі “студент-комп'ютер”. Перевірка вірогідності розроблених методів засвідчила доцільність їх використання для розв'язування ряду ергономічних та педагогічних задач.

Ключові слова: система “студент-комп'ютер” (ССК), навчально-пізнавальна діяльність (НПД), якість НПД, кваліметрична багатофакторна модель, регресивна модель взаємодії в ССК, логічна модель взаємодії в ССК, методи оцінювання якості НПД.

АННОТАЦИЯ

Ящун Т.В. Оценка качества учебно-познавательной деятельности в системе “студент-компьютер”. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.01.04 - Эргономика. - Харьковский государственный автомобильно-дорожный технический университет, Харьков, 2000.

Стремительная компьютеризация и информатизация общества обусловили формирование противоречия между потребностями современных компьютерных технологий обучения в оценке качества обучения и неразработанностью теории в части многофакторной оценки качества учебно-познавательной деятельности (УПД) в системе “студент-компьютер” (ССК). Для разрешения указанного противоречия необходима разработка методов оценки качества, основанных на квалиметрических многофакторных моделях взаимодействия в эргатической системе “студент-компьютер”.

Система “студент-компьютер” рассматривается как интеллектуальная эргатическая система, на качество которой влияют две группы характеристик: характеристики обучаемого (студента) и характеристики компьютера как средства обучения. Исследование проводится на основе аналогии между качеством учебно-познавательной деятельности в системе “студент-компьютер” и качеством трудовой деятельности в системе “человек-машина”.

Корректная и объективная оценка качества взаимодействия в системе “студент-компьютер” должна основываться на моделировании этого взаимодействия. Задача построения многофакторных квалиметрических моделей разбивается на два этапа: формирование множества входных параметров модели и собственно моделирование на основе методов, учитывающих особенности взаимодействия в системе “студент-компьютер”.

С целью формирования множества параметров, наиболее существенно влияющих на качество УПД, разработаны методы оценки информативности параметров УПД. Соответствующая мера информативности измеряется на основе энтропийного подхода с использованием информационных статистик Шеннона.

В качестве наиболее приемлемых для достижения целей исследования выбираются два метода моделирования: один из методов регрессионного анализа - метод группового учета аргументов (МГУА) и метод, основанный на аппарате нечеткой логики.

Выбранные методы моделирования составляют основу построения двух видов моделей взаимодействия в системе “студент-компьютер”: квалиметрической многофакторной регрессионной самоорганизующейся модели взаимодействия на основе МГУА; квалиметрической многофакторной логической модели взаимодействия на базе нечеткой логики.

По результатам реализации регрессионной и логической моделей разрабатываются соответствующие методы оценки качества взаимодействия в системе “студент-компьютер”.

На основе использования разработанных методов оценки качества УПД возможна психическая саморегуляция обучаемыми качества своего обучения, при которой студент может выбрать набор характеристик, соответствующих наилучшему результату обучения.

Экспериментальные исследования доказали достоверность и эргономическую эффективность разработанных методов.

Основные положения диссертационной работы реализованы в учебном процессе Украинской инженерно-педагогической академии при обучении дисциплинам цикла “Информатика”, Сумского государственного аграрного университета, в учебном отделе Инженерного центра приборостроения и компьютеризации и на компьютерных курсах украинско-китайского совместного предприятия “Джэн Фэн”.

Предлагаемый в диссертации подход к оценке качества учебно-познавательной деятельности в системе “студент-компьютер” может быть использован при подготовке специалистов любого профиля при компьютерных технологиях обучения в учебных заведениях любого уровня аккредитации, в тренажерных центрах, центрах подготовки и повышениях квалификации операторов различных производств.

Ключевые слова: система “студент-компьютер” (ССК), учебно-познавательная деятельность (УПД), качество УПД, квалиметрическая многофакторная модель, регрессионная модель взаимодействия в ССК, логическая модель взаимодействия в ССК, методы оценки качества УПД.

ABSTRACT

Yaschun Т.V. A rating of quality of educational-cognitive activity in system “student-computer”. - Manuscript.

Thesis for a candidates degree by specialty 05.01.04 - ergonomics. - The Kharkiv State Automobile&HighWay Technical University, Kharkov, 2000.

The dissertation is devoted to questions of quality rating of educational-cognitive activity in system “student-computer”. The system “student-computer” is considered as intellectual ergatic system. Its quality is influenced by two groups of the characteristics: the characteristics of trained (student) and characteristics of the computer as means of training. The rating of quality of interaction in system “student-computer” is made on the basic of two multi-factor kvalymetric models: regression and logic models. The multi-factor regression model is based on one of the regression analysis method - method of the group account of arguments, logic - on the basis of indistinct logic. Appropriate methods of rating of interaction quality in system “student-computer” are developed with help of realization results of regress and logic models. The check of reliability of the developed methods has shown the expediency of their using for the decision of a number of ergonomic and pedagogical tasks.

Key words: system “student-computer”, the educational-cognitive activity, the educational-cognitive activity quality, the multi-factor kvalymetric model, the regression model of interaction in system “student-computer”, the logic model of interaction in system “student-computer”, methods of a rating of quality of educational-cognitive activity.

Размещено на Allbest.ru

...