Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

УДК 681.581:519.718.147

05.13.06 - інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

МОДЕЛІ І ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

В СИСТЕМІ ДИСТАНЦІЙНОГО НАВЧАННЯ

Штангей Світлана Вікторівна

Харків - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник -

кандидат технічних наук, професор Лєсна Наталя Совєтівна, Харківський національний університет радіоелектроніки.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Асєєв Георгій Георгійович, Харківська державна академія культури, завідувач кафедри інформаційних технологій;

доктор технічних наук, професор Бобир Євген Іванович, Новокаховський політехнічний інститут Херсонського національного технічного університету,

завідувач кафедри економічної кібернетики. Томашевський Валентин Миколайович, Національний університет України "Київський політехнічний інститут", професор кафедри автоматизованих систем

Захист відбудеться "11" березня 2009 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.052.01 у Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.

Автореферат розіслано "10" лютого 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук С.Ф. Чалий

Анотації

Штангей С.В. "Моделі і інформаційні технології контролю знань в системі дистанційного навчання". - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - інформаційні технології. - Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2009.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-технічної проблеми розробки нових, та вдосконаленню існуючих моделей та інформаційних технологій контролю знань в системі дистанційного навчання.

В роботі розроблено теоретико-категорні деталізовані моделі представлень основних бізнес-прецедентів дистанційного навчання, які дозволяють врахувати точки зору викладача та особи, що навчається; розроблено топологічні моделі представлень матеріалів, що вивчаються, та тестових завдань; розроблено узагальнені теоретико-множинні моделі основних бізнес-процесів дистанційного навчання.

На основі розроблених математичних моделей розроблено інформаційні технології для автоматизації контролю знань, які реалізують процеси формування обсягу матеріалу, який слід вивчити під час дистанційного навчання, формування обсягу матеріалу, який слід вивчити під час проведення сеансу дистанційного навчання, протоколювання проведення сеансу дистанційного навчання, формування тестових завдань та оцінювання відповідей особи, що навчається, на запропоновані тестові завдання. Впровадження програмної реалізації дає можливість забезпечити скорочувати витрати на підготовку матеріалу і тестових завдань з дисципліни, що вивчається. навчання тест дистанційний

Ключові слова: дистанційне навчання, контроль знань, математичні моделі, інформаційні технології, частково правильні відповіді, карти знань, топологічні моделі.

Штангей С.В. Модели и информационные технологии контроля знаний в системе дистанционного обучения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - информационные технологии. - Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2009.

Диссертация посвящена разработке моделей и информационных технологий контроля и оценивания знаний в дистанционном обучении.

В работе проведен анализ современных процессов создания дистанционного обучения, которые выполняются при помощи современных информационных технологий.

Проведено исследование основных проблем создания надежного on-line тестирования и оценивания знаний обучающегося, как одной из наиболее важных проблем дистанционного обучения. По результатам исследования систем дистанционного обучения разработана модель процессов дистанционного обучения, которая отражает последовательность основных бизнес-прецедентов дистанционного обучения и взаимодействия с этими прецедентами преподавателя и обучаемого.

Для описания процессов в дистанционном обучении разработаны теоретико-множественная модель бизнес-процессов дистанционного обучения с точки зрения преподавателя и теоретико-множественная модель бизнес-процессов дистанционного обучения с точки зрения обучаемого, которые позволяют выбирать различные варианты организационно-технических процедур дистанционного обучения. Объем изучаемого материала является одним из основных элементов, который определяет экономическую эффективность систем дистанционного обучения. Объем изучаемого материала определяет совокупность методов и конкретных вариантов контроля знаний.

Для представления материала по изучаемой дисциплине разработаны топологическая модель фрагмента изучаемого материала и топологическая модель всего объема изучаемого материала. Для проведения анализа усвоения материала по изучаемой дисциплине разработана топологическая модель контроля знаний обучаемого, которая описывает контроль как процесс, позволяющий выявить способности обучаемого определять эквивалентность некоторой точки понятийного пространства и описывать данную точку топологического симплекса. Симплекс определяет каждую точку пространства через систему исходных понятий, поэтому формируя ответ на тестовое задание, обучаемый должен в какой-то степени повторить ход рассуждений и последовательность действий, усвоенные им во время обучения.

Для описания процесса контроля знаний не только запланированного сеанса обучения, но и реального сеанса обучения разработана теоретико-категорная детализированная модель бизнес-прецедента формирования материала в рамках одного сеанса дистанционного обучения и теоретико-категорная детализированная модель бизнес-прецедента текущего контроля знаний обучаемого. Эти модели показывают, что процесс контроля знаний зависит не только от модели изучаемого материала, но и от последовательности изучения данного материала. Эта последовательность представлена как переходы от одного элементарного блока понятий, описываемого симплексом, к другому.

На основании предложенных математических моделей разработаны усовершенствованы информационные технологии для автоматизации проведения дистанционного обучения и контроля знаний. Внедрение программной реализации дает возможность обеспечить более точное оценивание знаний за счет учета не только правильных, но и частично правильных ответов.

Ключевые слова: дистанционное обучение, контроль знаний, математические модели, информационные технологии, частично правильные ответы, карты знаний, топологические модели.

Shtangey S.V. "Models and information technology knowledge in the control in system of distance learning". - Manuscript.

Thesis for candidate degree in technical sciences by specialty 05.13.06 - information technologies. - Kharkiv National University of Radioelectronics, Kharkiv, 2009.

Dissertation is devoted to solving actual scientific and technical problems develop new and improve existing models and information technology control knowledge in distance education.

In the work developed a theoretical-category models detailed presentation of business-precedents distance learning, which allow to take into account the viewpoint of the teacher and the person who learns developed topological model representation of that study and tests developed the generalized set-theoretic model of basic business-processes of distance learning.

Based on the developed mathematical models developed information technology to automate the control of knowledge, selling processes forming the volume of material which should be explored during the distance learning, a volume of material that should be explored during the session of distance training, record-holding distance learning session, formation tests and evaluation of responses a person who studies, the proposed tests. Implementation of software allows to reduce costs of material and tests of discipline that is studied.

Keywords: distance learning, control knowledge, mathematical models, information technology, partially correct answers, maps of knowledge, then topological model.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Сьогодні проблеми, що пов'язані зі створенням та експлуатацією інформаційних систем і технологій дистанційного навчання (ДН), є одними з найважливіших проблем інформатизації вищої та середньої спеціальної освіти в Україні та в світі. Існуючі тенденції дають підстави стверджувати про широкий розвиток ДН не тільки як допоміжного засобу навчання, але і як однієї з основних форм навчання, яка успішно конкурує із заочним навчанням в галузі підготовки та перепідготовки фахівців. Вирішення проблем підвищення якості підготовки фахівців шляхом створення та експлуатації відповідних інформаційних технологій та систем ДН зараз розглядається як частина загальної задачі підвищення якості та ефективності діючої в країні системи вищої та середньої спеціальної освіти.

Одним із напрямків в ДН є дослідження моделей статичної теорії навчання та контролю знань і використання цих моделей для створення автоматизованих систем навчання та контролю. Великим досягненням у розвитку моделей, методів, інформаційних технологій оцінювання знань в автоматизованих системах тестування стали дослідження вчених: В.М. Глушкова, В.С. Аванесова, Д.Г. Поспелова, Т.П. Подчасової, І.А. Метешкина, В.Є. Ходакова.

Переважна більшість сучасних інформаційних систем і технологій ДН не враховують психологічних та фінансових особливостей кожної конкретної людини, що навчається, а також не дозволяє організовувати процеси ДН відповідно до технічних характеристик обладнання, яким користується кожна конкретна людина, що навчається.

Виходячи з цих та інших недоліків існуючих інформаційних систем і технологій ДН, актуальною як з теоретичної, так і з практичної точок зору стає задача розробки таких моделей, алгоритмів і інформаційних технології контролю знань інформаційної системи ДН, які б дозволяли враховувати індивідуальні особливості особи, що навчається. Це дозволить при широкому впровадженні запропонованих моделей та інформаційних технологій ДН підвищити якість отриманих під час навчання знань та вмінь, а також зменшити витрати на проведення ДН із використанням сучасних інформаційних та комп'ютерних технологій за рахунок адаптації загальної системи ДН до індивідуальних особливостей людини, що навчається.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до плану науково-дослідних робіт Харківського національного університету радіоелектроніки в межах держбюджетних науково-дослідних тем № 157-1 "Розробка нормативно-методичних засад та багатоагентної системи інформаційно-освітнього середовища" у Харківському національному університеті радіоелектроніки та № 200 "Методи і технології створення інформаційно-освітнього середовища з метою інтеграції в загальноєвропейський простір вищої освіти".

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка нових моделей та інформаційних технологій контролю знань в системі дистанційного навчання для підвищення ефективності її функціонування шляхом врахування індивідуальних особливостей особи, що навчається.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі розв'язуються такі задачі:

- проведення аналізу процесів дистанційного навчання, які здійснюються із використанням сучасних інформаційних і комп'ютерних технологій;

- удосконалення теоретико-множинних моделей основних процесів дистанційного навчання;

- розробка топологічних моделей матеріалу, що вивчається, тестових завдань, які враховували б індивідуальні особливості особи, що навчається;

- розробка теоретико-категорних деталізованих моделей представлень основних бізнес-прецедентів дистанційного навчання;

- розробка інформаційних технологій дистанційного навчання, які дозволили б врахувати індивідуальні особливості особи, що навчається;

- реалізація і апробація розроблених моделей та інформаційних технологій.

Об'єкт дослідження: процеси контролю знань, отриманих під час дистанційного навчання, які здійснюються із використанням сучасних інформаційних і комп'ютерних технологій.

Предмет дослідження: моделі та інформаційні технології контролю знань інформаційної системи дистанційного навчання.

Методи дослідження: методи системного аналізу та візуального моделювання економічних та інформаційних процесів; математичний апарат теорії множин, комбінаторної топології, теорії категорій, теорії графів; методи формалізації описів структур видів забезпечень інформаційних систем.

Наукова новизна отриманих результатів. У межах виконаного дослідження в якості нових результатів можна виділити наступні:

- вперше розроблено теоретико-категорні деталізовані моделі представлень основних бізнес-прецедентів дистанційного навчання, які характеризуються формалізацією процесів формування обсягу матеріалу, який вивчається за один сеанс, і контролю знань людини, що навчається, з урахуванням взаємозв'язку подання матеріалу і варіантів тестових завдань, що дає можливість підвищити ефективність навчання за рахунок узгодження матеріалу і тестових завдань;

- вперше розроблено топологічні моделі подання матеріалів, що вивчаються, та тестових завдань, які характеризуються сукупністю змістовних симплексів понять і термінів, що вивчаються в процесі дистанційного навчання, що дає можливість підвищити якість перевірки знань дистанційного навчання шляхом урахування кількісного оцінювання частково правильних відповідей особи, що навчається;

- набули подальшого розвитку узагальнені теоретико-множинні моделі основних бізнес-процесів дистанційного навчання, які на відміну від існуючих, характеризуються узгодженим відображенням процесів дистанційного навчання з точок зору викладача і особи, що навчається, що дає можливість підвищити ефективність навчання за рахунок створення єдиних формалізованих описів індивідуальних особливостей викладача та особи, що навчається.

Практичне значення отриманих результатів. Запропоновані в роботі моделі доведено до рівня практичних розробок інформаційних технологій: контролю і повторного навчання із необхідних знань з опорної дисципліни; технології навчання за змістовним модулем дисципліни, що вивчається. Вказані технології передбачають: формування обсягу матеріалу, який слід вивчити під час проведення сеансу дистанційного навчання; протоколювання проведення сеансу дистанційного навчання; формування тестових завдань та оцінювання відповідей особи, що навчається, на запропоновані тестові завдання. Запропоновані технології дозволяють врахувати індивідуальні особливості особи, що навчається.

Під час створення цих технологій вдосконалено обчислювальну процедуру оцінювання правильних і частково правильних відповідей на тестові завдання особи, що навчається, яка дозволяє підвищити якість отриманих під час навчання знань та вмінь. Розроблено програмну реалізацію запропонованих інформаційних технологій, які використано для підготовки або перепідготовки фахівців із різних спеціальностей, що дозволить зменшити витрати на проведення ДН.

Результати досліджень використано на ДП "Завод ім. Малишева" при створенні центру підвищення кваліфікації (акт впровадження від 27 травня 2004 року), Харківським обласним науково-методичним інститутом безперервної освіти (акт впровадження від 02 вересня 2004 року) та в навчальному процесі для розробки і оцінювання контрольних робіт з дисципліни "Українська мова" та "Інформатика" Харківської середньої загальноосвітньої школи І-ІІ ступенів "Початок мудрості" (акт впровадження від 19 жовтня 2004 року), в навчальному процесі кафедри телекомунікаційних систем з дисциплін "Захист інформації" та "Інформаційні технології в ТКС" Харківського національного університету радіоелектроніки (акт впровадження від 17 грудня 2008 року).

Особистий внесок здобувача. Усі результати дисертаційної роботи отримано здобувачем самостійно. У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачеві належать такі результати: в роботах [1, 3, 5] розглянуто узагальнені теоретико-множинні моделі основних бізнес-процесів дистанційного навчання; в роботах [2, 6, 9] розроблено топологічні моделі представлень матеріалів, що вивчаються, та тестових завдань; в роботах [4, 11] розроблені теоретико-категорні деталізовані моделі представлень основних бізнес-прецедентів дистанційного навчання; в роботах [7, 10, 12] розглянуто інформаційні технології: контролю і повторного навчання із необхідних знань з опорної дисципліни і технології навчання за змістовним модулем дисципліни, що вивчається; в роботі [15] розглянуто програмну реалізацію запропонованих інформаційних технологій як складові інформаційної системи дистанційного навчання.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і практичні результати дисертаційної роботи доповідалися й отримали позитивну оцінку на конференціях і форумах: Міжнародна конференція "Теорія і техніка, передачі, прийому та обробки інформації" (Туапсе, 2002 та 2003 рр.); Міжнародна конференція Української асоціації дистанційної освіти "Освіта і віртуальність" (2003 та 2004 рр.); Міжнародний молодіжний форум "Радіоелектроніка і молодь у XXI сторіччі" (Харків, 2004 р.); Міжнародна науково-практична конференція "Наука і освіта '2004"; (Дніпропетровськ, 2004 р.); 3-й Міжнародний радіоелектронний форум "Прикладна радіоелектроніка. Стан і перспективи розвитку" МРФ-2008. (Харків, 2008 р.).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи достатньо повно викладено у 15 працях, серед яких 7 статей у виданнях, зазначених у переліку фахових видань ВАК, та у 8 тезах доповідей на конференціях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота має у своєму складі: вступ, чотири розділи, висновки, список літературних джерел із 79 найменувань, чотири додатки, 23 рисунки і 6 таблиць. Загальний обсяг роботи складає 187 сторінок, у тому числі 148 - сторінки основного тексту.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність обраної теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та основні задачі дослідження, визначено об'єкт та предмет дослідження, наукову новизну і практичну цінність отриманих результатів, наведено дані про публікації й особистий внесок здобувача, надано відомості про апробацію роботи.

У першому розділі проведено аналіз основних принципів ДН та їх сучасних представлень. Визначено основні концептуальні моделі ДН та моделі використання сучасних інформаційних і комп'ютерних технологій для проведення ДН. Розглянуто тенденції змін, які виникають в процесах ДН під час використання сучасних інформаційних і комп'ютерних технологій.

В цьому розділі також проаналізовано основні рішення щодо створення інформаційних систем ДН із визначенням їх головних особливостей і характеристик. Визначено, що зараз ця галузь знаходиться у стані, коли від систем, що створюються звичайними колективами розроблювачів, здійснюється перехід до інформаційних систем, які створюються розроблювачами та викладачами разом із урахуванням особливостей матеріалу, що вивчається.

Досліджено також основні підходи до організації оцінювання знань в існуючих системах ДН. Розглянуто головні методи формування оцінки, яку отримує людина, що навчається, під час різних видів тестування. Визначено основні недоліки існуючих методів оцінювання, розглянуто вплив на процеси оцінювання сучасних інформаційних і комп'ютерних технологій.

Згідно з отриманими під час аналізу результатами автором сформульовано основні задачі дослідження, які наведено вище.

У другому розділі вдосконалено узагальнені теоретико-множинні моделі бізнес-процесів дистанційного навчання, розроблено топологічні моделі подання матеріалів, що вивчаються, та тестових завдань.

В основу узагальнених теоретико-множинних моделей бізнес-процесів дистанційного навчання було покладено представлення бізнес-процесів ДН, яке показано на рис. 1 у вигляді об'єктної моделі бізнес-прецедентів.

Рис. 1 - Візуальна модель процесів дистанційної освіти в нотації UML (діаграма бізнес-прецедентів)

Згідно з цим представленням теоретико-множинна модель бізнес-процесів дистанційного навчання з точки зору викладача має такий вигляд

 (1)

де - повний обсяг матеріалу, що вивчається, сформований під час виконання бізнес-прецеденту A; - дистанція між викладачем і людиною, що навчається, під час реалізації бізнес-прецедентів B, D, E і F відповідно; - швидкість передачі інформації від викладача до людини, що навчається, під час реалізації бізнес-прецедентів B, D, E і F відповідно; - пропускна спроможність каналу зв'язку між викладачем та людиною, що навчається, під час реалізації бізнес-прецедентів B, D, E і F відповідно.

Теоретико-множинна модель дистанційного навчання з точки зору людини, що навчається, має такий вигляд

, (2)

де - обсяги матеріалу, що вивчається та обробляється людиною, що навчається, під час виконання бізнес-прецедентів B, C, D, E і F відповідно; - час, який витрачається людиною, що навчається, на здійснення бізнес-прецедентів B, C, D і E відповідно; - дистанція між людиною, що навчається, та викладачем під час реалізації бізнес-прецедентів B, C, D, E і F відповідно; - швидкість передачі інформації від людини, що навчається, до викладача під час реалізації бізнес-прецедентів B, C, D, E і F відповідно; - пропускна спроможність каналу зв'язку між людиною, що навчається, та викладачем під час реалізації бізнес-прецедентів B, C, D, E і F відповідно.

Таким чином, узагальнена модель дистанційного навчання має відображувати компромісні точки зору на бізнес-прецеденти, які вдовольняють як викладача, так і людину, що навчається. При цьому розглядаються всі можливі варіанти значень кортежів моделей (1) і (2), а також значень окремих елементів даних моделей. Потім, проводячи уточнення значень окремих елементів моделей (1) і (2), визначається найбільш вигідна з точки зору техніко-економічних витрат технологія реалізації дистанційного навчання в кожному конкретному випадку.

Визначаючи обсяги матеріалу, що вивчається, та , в роботі визначено умови, згідно з якими весь обсяг такого матеріалу слід надавати людині, що навчається, як сукупність якомога більше незалежних один від одного фрагментів цих матеріалів, що вивчаються під час проведення одного сеансу навчання. Для формалізованого опису цих фрагментів у роботі запропоновано математичні моделі, які побудовані із використанням топологічних методів і є семантичною моделю кожного з таких фрагментів як симплекс. Топологічна модель подання фрагменту матеріалу має вигляд

, (3)

де - фрагмент матеріалу; - семантична модель фрагменту ; - дійсні числа, що відповідають вимогам

(4)

. (5)

Тоді всю сукупність таких фрагментів можна визначити як поліедр. Топологічна модель матеріалу, що вивчається, описана комплексом такого виду

, (6)

, (7)

де m=0,...,n - ідентифікатор похідних понять (дій), що використовуються для формування евклідового простору понять та/або дій фрагмента матеріалу, що вивчається під час проведення i-го сеансу; - ідентифікатор похідних понять (дій), що використовуються для формування евклідового простору понять та/або дій фрагменту матеріалу, що вивчається під час проведення j-го сеансу; - ідентифікатор похідних понять (дій), що використовуються для формування евклідового простору понять та/або дій фрагмента матеріалу, що вивчається під час проведення i-го та j-го сеансів.

Враховуючи, що для викладення матеріалу, який вивчається, може використовуватися частково співпадаючий набір слів та слівних конструкцій мови, будь-яке викладення матеріалу може бути математично описано як композиція семантичної моделі матеріалу (комплексу ) і бази слів та/або конструкцій T, що має такий вигляд

, (8)

де Dis - викладення матеріалу, що вивчається (в текстовому чи іншому вигляді); L - комплекс, який визначає змістовну модель матеріалу, що вивчається ; T - база слів та/або конструкцій матеріалу, що вивчається ; - i-те поняття (дія), яке присутнє у Fr-му симплексі , що описує змістовну модель фрагмента, який вивчається за один сеанс; - множина слів та/або конструкцій, які використовуються для визначення поняття (дії) і опису його характеристик.

Формування змістовної моделі матеріалу, що вивчається, можна подати як виконання наступних математичних операцій. Першою операцією є реалізація сюр'єктивного відображення множини слів та/або конструкцій, які формують матеріал, що вивчається, в неевклідову множину понять (дій)

, (9)

де - сюр'єктивне відображення, що реалізується; - множина розповідних речень та/або конструкцій, що складають матеріал, який вивчається; - неевклідова множина понять (дій).

Другою операцією є ін'єктивне відображення неевклідової множини підметів у евклідову множину похідних понять (дій)

, (10)

де - ін'єктивне відображення, що реалізується; - евклідова множина лінійно-незалежних похідних понять (дій), що однозначно визначають змістовний комплекс матеріалу для вивчення.

Третьою операцією є визначення на евклідовій множині та похідній множині бієктивного відображення, яке формує тезаурус матеріалу, що вивчається

, (11)

де - бієктивне відображення, що реалізується; - сукупність множин слів та/або конструкцій, які визначають тезаурус відповідних понять (дій).

Запропоновані змістовні топологічні моделі фрагмента (3) та всього матеріалу, що вивчається (6), дозволяють визначати будь-яку точку евклідового простору понять та/або дій. Тому топологічна модель контролю знань має визначати правильність засвоєння як похідних понять (дій), так і лінійно-залежних понять (дій) і, отже, в загальному випадку може бути подане тотожністю

, (12)

де - ліва частина тотожності, яка є точкою в евклідовому просторі понять та/або дій, знання якої необхідно проконтролювати;

- симплекс, який описує точку через лінійно-незалежні поняття та/або дії.

Як варіанти моделі контролю знань (12) в роботі запропоновано такі тотожності

, (13)

, (14)

, (15)

, (16)

де - змістовна модель одного із значень правої частини тотожності (12), які пропонуються людині, що навчається, для вибору правильної відповіді; r - кількість варіантів, які пропонуються людині, що навчається, для здійснення вибору; - кілька варіантів лівої частини тотожності (12), які пропонуються людині, що навчається, для вибору; - k-те похідне поняття (дія), яке формується самою людиною, що навчається, та барицентричні координати, які визначають ступінь використання цього похідного поняття (дії) у відповіді людини, що навчається; - точка евклідового простору вивченого фрагмента або всього матеріалу для вивчення, яке формується людиною, що навчається, самостійно, а також тотожна запропонованому варіанту змістовної моделі.

Основні результати розділу опубліковано у роботах [1, 2, 3, 5, 6].

Третій розділ присвячено розробці теоретико-категорних деталізованих моделей представлень основних бізнес-прецедентів ДН. Особливості побудови цих моделей в рефераті розглянуто на прикладі розробки теоретико-категорної моделі бізнес-прецедента формування матеріалу для вивчення у межах одного сеансу дистанційного навчання. Ця модель має вигляд

(17)

де - позначення підкатегорії структурованих множин, які моделюють сукупність обсягів матеріалу, що вивчаються за один сеанс; - підклас об'єктів, які описують назви (ідентифікатори) сеансів вивчення дисципліни ДН, що формується за правилом під час виконання такої умови

, (18)

- кількість елементів підкласу об'єктів ; - підклас морфізмів, які описують послідовність здійснення сеансів вивчення дисципліни ДН на рівні їх назв і мають такий вигляд

(19)

- підклас об'єктів, які описують сукупності цілей сеансів вивчення дисципліни ДН; елементи даного підкласу формуються за таким правилом під час виконання умов

, (20)

, (21)

- кількість елементів підкласу об'єктів ; - підклас морфізмів, які описують послідовність здійснення сеансів вивчення дисципліни ДН на рівні сукупностей цілей даних сеансів і мають такий вигляд

(22)

- підклас об'єктів, які описують сукупність теоретичних знань (понять), які людина, що навчається, повинна засвоїти під час проведення сеансу вивчення дисципліни ДН; елементи даного підкласу формуються за таким правилом

, (23)

, (24)

під час виконання умови

(25)

- сукупність множин слів та/або конструкцій, які описують сукупність знань, що отримуються за сеанс вивчення дисципліни; - підклас морфізмів, які описують послідовність засвоєння людиною, що навчається, сукупностей теоретичних знань (понять) у межах сеансів вивчення дисципліни ДН і мають такий вигляд

(26)

- підклас об'єктів, які описують сукупність практичних вмінь, які людина, що навчається, повинна засвоїти за сеанс вивчення дисципліни ДН; елементи даного підкласу формуються за таким правилом

, (27)

, (28)

під час виконання умови

. (29)

- сукупність множин слів та/або конструкцій, які описують сукупність вмінь, що отримують за один сеанс вивчення дисципліни ДН; - підклас морфізмів, які описують послідовність засвоєння людиною, що навчається, практичних вмінь у межах сеансу вивчення дисципліни ДН і мають такий вигляд

(30)

- підклас морфізмів, що описують відповідність між назвами і цілями сеансів вивчення дисципліни ДН і мають такий вигляд

(31)

- підклас ізоморфізмів, які описують взаємозв'язки цілей сеансу вивчення дисципліни ДН і сукупності теоретичних знань (понять), які людина, що навчається, повинна засвоїти під час проведення даного сеансу вивчення дисципліни ДН; дані ізоморфізми мають вигляд

(32)

- підклас ізоморфізмів, що описують взаємозв'язки цілей сеансу вивчення дисципліни ДН і сукупності практичних вмінь, які людина, що навчається, повинна засвоїти під час проведення даного сеансу вивчення дисципліни ДН; дані ізоморфізми мають вигляд



(33)

- підклас сюр'єктивних морфізмів, що описують зв'язок сукупностей теоретичних знань (понять) і практичних вмінь, які людина, що навчається, повинна засвоїти під час проведення сеансу вивчення дисципліни ДН; морфізми даного підкласу описуються виразом

(34)

Виходячи з бажання рівномірно розподілити навантаження на людину, що навчається, а також враховуючи індивідуальні характеристики людини, що навчається, для моделі (17) мають виконуватися такі умови

, (37)

, (35)

де - сукупність множин слів та/або конструкцій, які описують матеріал сеансу вивчення дисципліни ДН, що формується таким чином

; (36)

- оцінка змістовного навантаження на людину, що навчається, за сеанс.

Основні результати розділу опубліковано у роботах [4, 6].

Четвертий розділ присвячено розробці інформаційних технологій дистанційного навчання та контролю знань. Базуючись на отриманих результатах, автором запропоновано інформаційну технологію контролю і повторного навчання із необхідних знань з опорної дисципліни та інформаційну технологію навчання за змістовним модулем дисципліни, що вивчається. Вказані технології передбачають формування обсягу матеріалу, який слід вивчити під час проведення сеансу дистанційного навчання, протоколювання проведення сеансу дистанційного навчання, формування тестових завдань та оцінювання відповідей особи, що навчається, на запропоновані тестові завдання. На прикладі вивчення дисциплін "Захист інформації" та "Інформаційні технології в ТКС" показано технологію оцінювання правильних і частково правильних відповідей на тестові завдання особи, що навчається. Схему інформаційної технології контролю і повторного навчання із необхідних знань з опорної дисципліни наведено на рис. 2.

На основному етапі навчання з дисципліни здійснюється:

- на основі карти дисципліни, карти знань особи, що навчається, та індивідуальної статистики генерується сценарій навчання, який складається з сеансів навчання, в кожний сеанс входить подача матеріалу за модулем і проведення контрольного тестування, при негативному результаті відбувається генерація сценарію;

- після завершення навчання за сценарієм модуля проводиться тестування, яке визначає рівень освоювання матеріалу;

- якщо рівень освоювання матеріалу недостатній, то проводиться уточнююче тестування і модифікація карти знань особи, що навчається, і повторно генерується сценарій навчання з модуля.

На заключному етапі навчання з дисципліни відбувається тестування з усіх модулів дисципліни, що вивчається. Якщо рівень знань незадовільний, то відбувається процес уточнюючого тестування для виявлення поточної карти знань з дисципліни, виявляються модулі або блоки, які необхідні для повторного навчання, генерується сценарій додаткового навчання за модулями та блоками дисципліни.

Схему взаємодії інформаційної технології протоколювання проведення сеансу дистанційного навчання, формування тестових завдань та оцінювання відповідей особи, що навчається, наведено на рис. 3.

Рис. 2 - Схема інформаційної технології контролю і повторного навчання із необхідних знань з опорної дисципліни



Рис. 3 Схема інформаційної технології навчання за змістовниммодулем дисципліни, що вивчається.

Також наведено опис програмної реалізації запропонованих інформаційних технологій як складових інформаційної системи дистанційного навчання, яка може бути використана для підготовки або перепідготовки фахівців із різних спеціальностей.

Основні результати розділу опубліковано у роботах [7, 10 - 15].

У додатках до дисертаційної роботи наведено акти про впровадження результатів дисертаційної роботи.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-практичну задачу розробки моделей та інформаційних технологій розробки систем дистанційного навчання і контролю знань з урахуванням індивідуальних особливостей особи, що навчається.

1. Проведено аналіз існуючих процесів дистанційного навчання, яке здійснюється із використанням сучасних інформаційних і комп'ютерних технологій, на основі якого сформульована постановка основних задач.

2. Набули подальшого розвитку узагальнені теоретико-множинні моделі основних бізнес-процесів дистанційного навчання, які на відміну від існуючих дозволяють врахувати індивідуальні особливості викладача і людини, що навчається, що дає можливість підвищити ефективність навчання за рахунок вибору різних варіантів організаційно-економічних процедур дистанційного навчання.

3. Вперше розроблено топологічні моделі представлень матеріалів, що вивчаються, та тестових завдань, які дозволяють подати матеріали і тестові завдання як сукупність змістовних симплексів понять і термінів. Ці моделі дають можливість підвищити ефективність навчання за рахунок та аналізу частково правильних відповідей особи, що навчається.

4. Вперше розроблено теоретико-категорні деталізовані моделі представлень основних бізнес-прецедентів дистанційного навчання, які враховують точки зору викладача та особи, що навчається. Ці моделі спрямовані на формалізацію процесів формування обсягу матеріалу, який вивчається за один сеанс, і контролю знань, що дає можливість підвищити ефективність інформаційних технологій навчання та контролю знань за рахунок узгодження формалізованих представлень інформаційних зв'язків між окремими бізнес-прецедентами дистанційного навчання.

5. Розроблено інформаційні технології: контролю і повторного навчання із необхідних знань з опорної дисципліни; навчання за змістовним модулем дисципліни, що вивчається. Запропоновані технології реалізують процеси формування обсягу матеріалу, який слід вивчити під час дистанційного навчання, формування обсягу матеріалу, який слід вивчити під час проведення сеансу дистанційного навчання, протоколювання проведення сеансу дистанційного навчання, формування тестових завдань та оцінювання відповідей особи, що навчається, на запропоновані тестові завдання, які дозволяють врахувати індивідуальні особливості особи, що навчається, за рахунок використання розроблених математичних моделей. На основі розроблених моделей та інформаційних технологій розроблено програмну реалізацію елементів запропонованих інформаційних технологій як складові інформаційної системи дистанційного навчання, яка може бути використана для підготовки або перепідготовки фахівців із різних спеціальностей.

6. Основні положення та результати дослідження впроваджено у практику як елементи системи дистанційного навчання слухачів центра підвищення кваліфікації на базі Харківського обласного науково-методичного інституту безперервної освіти; елементи корпоративної системи дистанційного навчання центру підвищення кваліфікації ГП "Завод ім. Малишева"; елементи системи навчання предметам "Інформатика" і "Українська мова" середньої загальноосвітньої школи I-III рівнів "Початок мудрості" м. Харкова; елементи системи навчання предметам "Захист інформації" та "Інформаційні технології в ТКС" кафедри телекомунікаційних систем Харківського національного університету радіоелектроніки. Що підтверджено відповідними актами впровадження.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Авраменко В.П. Моделирование процесса контроля знаний в системе дистанционного обучения / В.П. Авраменко, С.В. Штангей, Е.Н. Артемов // АСУ и приборы автоматики. - 2001. - Вып. 117. - С. 14 - 18

2. Евланов М.В. Топологическая модель лекционного материала и методов контроля знаний, приобретенных в ходе дистанционного образования / М.В. Евланов, А.Я. Скляров, С.В. Штангей // Проблемы бионики. - 2002. - Вып. 57. - С. 37 - 41.

3. Штангей С.В. Бизнес-моделирование дистанционного образования с использованием современных информационных технологий / С.В. Штангей // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: Сборник научных трудов. - Харьков: НАКУ "ХАИ", 2003. - Вып. 21. - С. 119 - 126.

4. Лесная Н.С. Математическое представление процессов формирования и анализа смысловой модели изучаемой дисциплины / Н.С. Лесная, С.В. Штангей // Системный анализ управления и информационные технологии: Вестник НТУ "ХПИ", 2003. - №18. - С. 69 - 74.

5. Лесная Н.С. Математическая модель проведения сеанса дистанционного образования. / Н.С. Лесная, С.В. Штангей // Проблемы бионики. - 2004. - Вып. 60. - С. 3 - 6.

6. Штангей С.В. Подход к анализу карты знаний и умений обучаемого в процессе дистанционного обучения / С.В. Штангей // Системный анализ управления и информационные технологии: Вестник НТУ "ХПИ", 2004. - №36 - С. 163 - 172.

7. Штангей С.В. Информационные технологии контроля знаний индивидуального дистанционного обучения/ Штангей С.В.// АСУ и приборы автоматики. - 2008. - Вып. 143. - С. 136 - 141.

8. Авраменко В.П. Выбор формы представления тестов в системе дистанционного обучения / В.П. Авраменко, С.В. Штангей // 8-я Международная конференция "Теория и техника передачи, приема и обработки информации"("ИИСТ-2002") Сборник научных трудов. - Харьков: ХНУРЭ, 2002. - С. 486 - 488.

9. Лесная Н.С. Математическая модель тестовых заданий в информационной системе дистанционного образования / Н.С. Лесная, С.В. Штангей // 7-я Международная конференция Украинской ассоциации дистанционного образования "Образование и виртуальность - 2003". Сборник научных трудов. - Харьков-Ялта: УАДО, ХНУРЭ, 2003. - С. 328-332.

10. Штангей С.В. Концептуальная модель информационно-аналитической системы дистанционного образования / С.В. Штангей // 9-я Международная конференция "Теория и техника передачи, приема и обработки информации"("ИИСТ-2003"). Сборник научных трудов. - Харьков: ХНУРЭ, 2003. - С. 256 - 257.

11. Штангей С.В. Математическая модель протокола сеанса дистанционного образования / С.В. Штангей // 8-й Международный молодежный форум "Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке". Сборник научных трудов. - Харьков: ХНУРЭ, 2004. - С. 168 - 169.

12. Штангей С.В. Подход к созданию автоматизированных систем дистанционного образования / С.В. Штангей // Сб. научных трудов. - Днепр. 2004. - С. 55 - 57.

13. Штангей С.В. Алгоритм контроля и оценивания частично правильных ответов в ходе дистанционного тестирования знаний / С.В. Штангей // 8-я Международная конференция Украинской ассоциации дистанционного образования "Образование и виртуальность - 2004". Сборник научных трудов. - Харьков-Ялта: УАДО, ХНУРЭ, 2004. - С.348 - 354.

14. Авраменко В.П. Гипертекстовая регуляризация в системах контроля знаний дистанционного обучения. / В.П. Авраменко, С.В. Штангей // Всеукраїнська науково-практична конференція "Місце та роль сучасної інформатики та комп'ютерної техніки у підготовці фахівців". Збірник наукових праць. - Харків: Вид. ХНЕУ, 2006. - №2. - С. 54 -55.

15. Штангей С.В. Интерактивная система обучения "Методы шифрования информации" / С.В Штангей., К.О. Боряк, В.Х. Чакрян // 3-й Международный радиоэлектронный форум "Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития" МРФ-2008. Сборник научных трудов. Том II. Международная конференция "Телекоммуникационные системы и технологии". - Харьков: АНПЭ, ХНУРЭ. 2008. - С. 222 - 223.

Размещено на Allbest.ru

...