Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет»

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Методика обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания по общетехническим дисциплинам

Суслова Ирина Александровна

Екатеринбург 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Научный руководитель доктор педагогических наук, профессор Федоров Владимир Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор Стариченко Борис Евгеньевич;

доктор педагогических наук, доцент Арефьев Олег Николаевич

Ведущая организация ГОУ ВПО «Уральский государственный университет им. А.М. Горького»

Защита состоится 24 апреля 2008 г. в 10.00 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.284.01 при ГОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет» по адресу: 620012, Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет».

Текст автореферата выставлен на сайте университета www.rsvpu.ru.

Автореферат разослан 23 марта 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор педагогических наук, профессор Г.Д. Бухарова.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы и темы исследования. В настоящее время достаточно четко обозначена общественная потребность в специалистах, обладающих высоким уровнем познавательного и творческого потенциала, владеющих информационными технологиями и применяющих их в решении профессиональных и социальных проблем. Данная потребность ставит перед системой образования задачу освоения новой парадигмы, ориентированной на человека и связывающей с ним новые требования производства и общества. Это нашло отражение в Концепции модернизации российского образования на период до 2010 года, где подчеркивается необходимость информатизации образования, совершенствования методов обучения, «активного использования технологий открытого образования; углубления интеграционных и междисциплинарных программ, соединения их с прорывными высокими технологиями».

На Государственном совете по образованию от 24 марта 2006 года отмечено, что «перед государством и вузовским сообществом в настоящее время остро встают задачи реорганизации высшего образования, перевода его в режим инновационного развития, обеспечивающего полноценное вхождение страны в постиндустриальное, информационное общество …, осуществление всеобщей подготовки педагогических кадров к свободному владению компьютером, к использованию информационно-телекоммуникационных технологий, баз данных и знаний в образовательном процессе…». Сегодня складываются предпосылки для поиска новых возможностей решения задач, поставленных перед системой образования.

На социально-педагогическом уровне актуальность проблемы и темы исследования обусловлена социальным заказом общества на обеспечение качества профессионального образования, отвечающего потребностям современного рынка труда и требованию международных стандартов, что необходимо для успешного вхождения России в единое информационное пространство.

Научно-теоретический уровень актуальности исследования определяется существованием различных подходов к методике обучения студентов с помощью информационно-коммуникационных технологий (ИКТ). Анализ состояния проблемы показал, что имеющиеся методики позволяют лишь отслеживать либо контролировать уровень подготовки студентов в области ИКТ. Возникла необходимость разработки методики обучения студентов компьютерных специализаций в условиях использования интеллектуальных информационных систем. Следует отметить, что научно-теоретические подходы не в полной мере используются в обучении студентов дисциплинам специализации, в том числе таким дисциплинам, как «Искусственный интеллект», «Информационный менеджмент», «Объектно-ориентированные технологии» и др.

На научно-методическом уровне актуальность исследования обусловлена тем, что в образовании не в полной мере использован учебно-познавательный потенциал ИКТ, раскрытие которого представляет определенные трудности. В структуре ИКТ следует выделить направление «Искусственный интеллект» с его прикладным аспектом в виде интеллектуальных информационных систем, что позволяет говорить об имеющемся методическом потенциале этого направления на данном этапе развития системы образования. Не разработано учебно-методическое обеспечение по целому ряду дисциплин, отсутствуют методики обучения студентов этим дисциплинам, а значит встает задача разработки методики с использованием интеллектуальной информационной системы, способствующей успешности обучения студентов компьютерных специализаций.

К основным понятиям исследования относятся:

Информационно-коммуникационные технологии - процессы накопления, хранения, передачи, обработки, контроля информации, основанные на использовании средств компьютерной техники, коммуникаций и новейших технологий преобразования информации.

Информационная система - это организованная человеком система сбора, хранения, обработки и выдачи информации, необходимой для эффективного функционирования субъектов и объектов управления.

Искусственный интеллект - свойство автоматических систем брать на себя отдельные функции интеллекта человека, например, выбирать и принимать оптимальные решения на основе ранее полученного опыта и рационального анализа внешних воздействий.

Интеллектуальная информационная система - это информационная система, способная делать логические выводы на основании знаний в конкретной предметной области и обеспечивающая решение поставленных пользователем задач, поэтому ее следует наделить функциями, позволяющими решать задачи, которые в отсутствие эксперта (специалиста в конкретной предметной области) невозможно правильно решить.

Комплексный анализ состояния методики обучения студентов компьютерных специализаций с использованием ИКТ, а также современных исследований по данной теме позволил выделить ряд противоречий:

· между ускоряющимся процессом информатизации, под влиянием которого претерпевают изменения все сферы жизнедеятельности человека, в том числе образование, и использованием традиционных подходов к организации и методике обучения студентов;

· необходимостью информатизации образовательного пространства, анализа и обобщения продуктивного применения ИКТ и недостаточной проработанностью их дидактического потенциала для обучения студентов компьютерных специализаций;

· осознанием необходимости ориентации процесса обучения на поиск путей активизации учебно-познавательной деятельности обучаемых на основе самопознания и недостаточной реализацией соответствующих педагогических условий;

· традиционно сложившейся методикой обучения студентов компьютерных специализаций и современными возможностями интеллектуальных информационных систем;

· между практической востребованностью существующего дидактического потенциала, которым обладают интеллектуальные информационные системы, в том числе для обучения студентов, и недостаточной его разработанностью в условиях использования ИКТ.

На основе анализа актуальности, выявленных противоречий сформулирована проблема исследования, заключающаяся в научном обосновании методики обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем.

Актуальность, недостаточная теоретическая и методическая разработанность сформулированной проблемы обусловили выбор темы исследования: «Методика обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем».

В диссертационном исследовании введено ограничение. Педагогические условия обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем рассматриваются в рамках специализации «Компьютерные технологии» специальности 05050165 Профессиональное обучение.

Цель исследования - теоретически обосновать, разработать и в ходе опытно-поисковой работы апробировать методику обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем.

Объект исследования - процесс обучения студентов вуза с использованием ИКТ.

Предмет исследования - педагогические условия обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем.

Гипотеза исследования состоит из следующих предположений:

· методика обучения студентов компьютерных специализаций, возможно, будет более эффективна при условии реализации дидактического потенциала интеллектуальных информационных систем, базирующегося на адаптации учебного материала к уровню подготовленности обучаемых;

· учебный материал, видимо, должен, помимо единства содержательной и процессуальной сторон образовательного процесса, быть еще и структурирован в соответствии с требованиями к системе знаний, принятых в интеллектуальных информационных системах;

· эффективность методики обучения студентов с использованием интеллектуальных информационных систем, по всей видимости, зависит от обоснованности комплекса педагогических условий: своевременной диагностики уровней понимания студентами учебного материала и проведения необходимого корректирования, развития положительной познавательной мотивации студентов, персонификации образовательного процесса, создания ситуации успеха;

· диагностика понимания студентами учебного материала средствами интеллектуальных информационных систем, вероятно, будет более продуктивна при обосновании и демонстрации в учебном процессе механизмов формальных рассуждений, осуществляемых с помощью интеллектуальных информационных систем.

Цель, объект и предмет, а также выдвинутая гипотеза потребовали решения следующих задач исследования:

1. Проанализировать теоретические и методические основы использования ИКТ в обучении.

2. Спроектировать и реализовать в обучении студентов компьютерных специализаций интеллектуальную информационную систему, демонстрирующую дидактический потенциал данных систем.

3. Обосновать критерии уровней понимания студентами учебного материала и формализовать их, заложив в возможности интеллектуальной информационной системы.

4. Разработать методы и средства обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем.

5. Опытно-поисковым путем проверить эффективность применения разработанной методики.

Теоретико-методологической основой исследования являются общедидактические положения, принципы и критерии оптимизации организации обучения (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, В.И. Загвязинский, В.С. Леднев, И.А. Лернер и др.); научные основы организации учебного процесса в вузе (С.И. Архангельский, С.И. Зиновьев и др.); деятельностный подход к пониманию развития личности (Л.С. Выготский, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн и др.). Проблеме профессиональной подготовки специалиста с высшим педагогическим, в том числе и с профессионально-педагогическим, образованием посвящены работы О.А. Абдулиной, С.И. Архангельского, А.С. Белкина, П.Ф. Кубрушко, Н.В. Кузьминой, В.С. Леднева, А.К. Марковой, Л.М. Ми-тиной, В.А. Сластенина, И.П. Смирнова, Г.М. Романцева, Е.В. Ткаченко, В.А. Федорова и др.

В исследовании нашли отражение положения теории педагогической технологии (А.С. Белкин, В.П. Беспалько, Б. Блум, Е.В. Коротаева, Л.М. Кустов, Н.Н. Тулькибаева, А.В. Усова, Н.Е. Эрганова и др.); проблемы информатизации образования (Я.А. Ваграменко, Б.С. Гершунский, И.Г. Захарова, В.В. Лаптев, М.П. Лапчик, И.В. Роберт и др.); дидактические аспекты использования информационных технологий (Н.В. Апатова, Н.И. Гендина, Б.С. Гершунский, Л.И. Долинер, В.А. Извозчиков, Е.И. Машбиц, Б.Е. Стариченко, В.Ф. Шолохо-вич и др.). Однако несмотря на достаточное количество работ, посвященных методике обучения студентов, исследуемая проблема является до конца не решенной, в частности, недостаточно разработана активизирующая роль ИКТ.

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования: теоретические - изучение и анализ философской, психологической, педагогической и научно-методической литературы, а также документов по вопросам образования, действующих учебных планов специальностей и программ дисциплин «Информационный менеджмент», «Искусственный интеллект», «Математическое моделирование», «Объектно-ориентированные технологии» и «Операционные системы», выявление понятийного поля проблемы, синтез, сравнение, обобщение, классификация, моделирование; эмпирические - педагогическое наблюдение, тестирование, ранжирование, анализ студенческих работ, диагностика уровней понимания, статистическая обработка результатов исследования, их педагогическая интерпретация, проведение опытно-поисковой работы.

База исследования. Исследование осуществлялось в ГОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет» со студентами Института информатики, со студентами ГОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет», филиалов ГОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», а также со слушателями системы повышения квалификации педагогических кадров ГОУ «Институт развития регионального образования». Основу опытно-поисковой работы составила педагогическая деятельность автора в качестве преподавателя компьютерных дисциплин в вузе.

Основные этапы исследования, осуществляемого с 2002 по 2008 гг.

На первом этапе, теоретико-поисковом (2002 - 2003), проводилось теоретическое исследование проблемы поиска методики обучения студентов компьютерных специализаций с использованием ИКТ на основе анализа философской, психологической, педагогической и методической литературы, что позволило сформулировать исходные позиции диссертационного исследования, определить объект, предмет и его понятийно-категориальный аппарат. Выявлялся дидактический потенциал интеллектуальных информационных систем, разрабатывалась методика обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем, проводился констатирующий этап опытно-поисковой работы.

На втором этапе, опытно-поисковом (2004 - 2006), была реализована методика обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальной информационной системы ExpSys_2.0 и выявлен дидактический потенциал интеллектуальных информационных систем. Проводился формирующий этап опытно-поисковой работы, в ходе которого осуществлялась диагностика знаний студентов.

На третьем этапе, обобщающем (2007 - 2008), проводились анализ, обобщение, систематизация и окончательная обработка результатов опытно-поисковой работы, уточнялись выводы и рекомендации, оформлялся текст диссертации.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертации результатов по актуализируемой проблеме определяются исходными методологическими позициями; использованием комплекса взаимодополняющих методов педагогического исследования, адекватных поставленным целям и задачам; систематическим отслеживанием результатов на разных этапах опытно-поисковой работы; применением вероятностно-статистических методов обработки данных исследования.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

· обоснована методика обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем, базирующаяся на своевременной диагностике уровней понимания студентами учебного материала и проведении необходимого корректирования, развитии положительной познавательной мотивации студентов, персонификации образовательного процесса, создании ситуации успеха;

· выявлен дидактический потенциал интеллектуальных информационных систем в обучении, который включает в себя понимание студентами учебного материала за счет возможности выбора темпа обучения, его вариативности и адаптацию учебного материала для более объективного оценивания знаний и умений обучающихся;

· определены структура и содержание интеллектуальных информационных систем, позволяющих наиболее полно реализовать их дидактический потенциал при обучении студентов компьютерных специализаций.

Теоретическая значимость исследования заключается в обосновании педагогических условий обучения студентов компьютерных специализаций в условиях интеллектуализации ИКТ с целью своевременного корректирования результативности обучения посредством внедрения интеллектуальной информационной системы, а также в раскрытии теоретических основ использования интеллектуальных информационных систем в системе высшего образования.

Практическая значимость полученных результатов состоит в следующем:

· создана интеллектуальная информационная система, обеспечивающая реализацию методических условий обучения студентов профессионально-педагогического вуза по специализации «Компьютерные технологии» специальности 05050165 Профессиональное обучение, включающая три программы: «Методист», «Преподаватель», «Студент»;

· подготовлен, структурирован в соответствии с разработанными требованиями и включен в интеллектуальную информационную систему теоретический материал по дисциплинам «Информационный менеджмент», «Искусственный интеллект», «Математическое моделирование», «Операционные системы» и «Объектно-ориентированные технологии» специализации «Компьютерные технологии» специальности 05050165 Профессиональное обучение;

· разработаны и изданы учебные пособия, ориентированные на реализацию методики обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем: «Программирование в интегрированных средах разработки» (2004), «Информационные системы организации и управления учебным процессом» (2007), «Логическое программирование в Visual Prolog» (2008).

Материалы исследования могут быть использованы при дистанционном обучении, а также на курсах повышения квалификации.

Апробация и внедрение. Результаты работы были представлены на Международной Интернет-конференции «Информационные и коммуникационные технологии как инструмент повышения качества профессионального образования» (Екатеринбург, 2005); на Международных научно_методических конференциях: «Инновационные технологии организации обучения в техническом вузе: на пути к новому качеству образования» (Пенза, 2006), «Инновации в системе непрерывного профессионального образования» (Н. Новгород, 2007); на Международных научно_практических конференциях: «Применение новых технологий в образовании» (Троицк, 2005), «Информационные технологии в художественном образовании» (Екатеринбург, 2007), «Инновации в педагогическом образовании» (Новосибирск, 2007); на Всероссийской научной конференции «Информационные технологии в науке, образовании и экономике» (Якутск, 2007); на Всероссийских научно-практических конференциях: «Инновации в профессиональном и профессионально-педагогическом образовании» (Екатеринбург, 2004, 2007), «Актуальные проблемы гуманитарных и экономических наук» (Киров, 2006), «Развитие творческого наследия С.Я. Батышева в системе непрерывного профессионального образования» (Н. Новгород, 2007); на Всероссийской научно-технической конференции «Искусственный интеллект в XXI веке» (Пенза, 2004); на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Инновационные технологии в педагогике и на производстве» (Екатеринбург, 2007).

Интеллектуальная информационная система зарегистрирована в государственном координационном центре информационных технологий «Отраслевой фонд алгоритмов и программ» как обучающая экспертная система ExpSys_2.0, свидетельство № 5693.

Разработка интеллектуальной информационной системы ExpSys_2.0 была осуществлена при финансовой поддержке гранта РГНФ-Урал № 07-06-83603а/У «Разработка интеллектуальной информационной системы, отвечающей за автоматизацию процесса управления познавательной деятельностью обучающихся в условиях дистанционного образования» (руководитель И.А. Суслова).

Роль интеллектуальных информационных систем в формировании профессиональных компетенций студентов изучалась при финансовой поддержке гранта РГНФ-Урал № 07-06-83607а/У «Формирование компетенции в области управления учебным процессом у студентов профессионально-педагогического вуза».

В рамках гранта РГНФ № 06-06-00475а «Психолого-педагогические и технологические условия применения адаптивных методических систем в дистанционных образовательных технологиях» осуществлена опытно-поисковая работа: организовано внедрение интеллектуальной информационной системы ExpSys_2.0 в реальный учебный процесс, в ходе апробации системы проведена корректировка результатов исследования.

На защиту выносятся следующие положения:

Педагогические условия обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем включающие:

· своевременную диагностику уровней понимания студентами учебного материала;

· систематическое корректирование их учебно-познавательной деятельности;

· развитие положительной познавательной мотивации студентов;

· персонификацию образовательного процесса;

· создание ситуации успеха, способствующей превращению обучающихся из объектов обучения в субъекты познавательной деятельности на основе понимания учебной информации.

Дидактический потенциал интеллектуальных информационных систем обеспечивает:

· высокую информативность, способствующую развитию личности обучаемого;

· адаптивность учебного материала к уровню знаний студентов на любом этапе обучения, что содействует целостному осмыслению учебной информации;

· эмоциональную насыщенность содержания обучения, активно влияющую на восприятие информации;

· выбор темпов обучения и его вариативность;

· коммуникативную направленность на объединение усилий в овладении содержанием образовательного процесса, что позволяет создать предпосылки для успешного усвоения студентами учебного материала путем систематической диагностики результатов обучения и своевременного корректирования учебно-познавательной деятельности студентов.

Проведение систематической диагностики уровня усвоения материала с помощью интеллектуальной информационной системы формирует умение применять и разрабатывать подобные системы в своей будущей профессионально-педагогической деятельности.

Диссертация обсуждалась на заседании кафедры сетевых информационных систем и компьютерных технологий обучения Института информатики ГОУ ВПО РГППУ (2007 - 2008 гг.). Результаты диссертационного исследования отражены в 29 публикациях автора.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка и приложений.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы; определены цели, объект и предмет исследования; сформулированы гипотеза и задачи работы; отражены методологические и теоретические основы исследования; раскрыты научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы; выделены этапы исследования; представлены основные положения, выносимые на защиту, результаты исследования.

В первой главе «Психолого-педагогические основы использования ИКТ при обучении студентов» проанализированы психолого_педагогические подходы к обучению студентов вузов; исследованы вопросы применения ИКТ при обучении студентов; рассмотрены характерные особенности интеллектуальных информационных систем; приведены основные понятия; осуществлен аналитический обзор интеллектуальных обучающих систем; выделены педагогические условия успешности внедрения методики обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем.

Развитие интеллектуальных способностей обучаемых стало ведущей идеей педагогической теории обучения в вузах. Это вызывает интерес ученых различных областей знания. В философских трудах П.К. Анохина, А.И. Берга, Т.И. Ойзермана, М.С. Роговина, В. Ротенберга, А.В. Савина и др. показано, что интеллект представляет собой сложную многоуровневую организацию познавательных систем, охватывающую в первую очередь мышление и предметную познавательную деятельность, которая и должна стать объектом исследования педагогов.

С философских позиций познавательную активность следует рассматривать как собственную идеальную деятельность человека, направленную на познание предметов, явлений, процессов окружающего мира и подразумевающую личностную трансформацию отражаемого в сознании индивида. Основу целенаправленного формирования познавательной активности личности составляет возбуждение познавательной потребности и познавательного интереса к предмету познания.

Большинство психологов (А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн и др.) указывают на сходство учебного и научного познания. В психологии познавательная активность трактуется как единство внутренней готовности личности к учебно-познавательной деятельности и внешнего проявления этой готовности, выражающееся в активном функционировании всех систем и подсистем, задействованных в процессе познания. Познавательная активность рассматривается как важнейший фактор, предпосылка развития личности.

С педагогической точки зрения учебная деятельность направлена на овладение не только знаниями, но и способами их приобретения. И.Ф. Харламов считает, что процесс овладения знаниями в определенной мере требует воссоздания, но только в более отработанном и свернутом виде тех мыслительных операций, которые совершает ученый в процессе познания новых явлений. И руководство педагога заключается не столько в том, чтобы облегчать этот процесс, сколько в том, чтобы более рационально организовать поиск и добывание истины и тем самым ускорить познание. Другими словами, преподаватель создает лишь необходимые условия для возбуждения учебно-познавательной активности студентов.

С целью поиска таких педагогических условий нами был осуществлен анализ различных образовательных теорий и технологий, который позволил сделать важный для нашего исследования вывод: компьютерные средства обучения обладают значительным дидактическим потенциалом и могут быть использованы в процессе обучения студентов, ориентированном на понимание обучающимися учебного материала. Совокупность педагогических средств, основанная на использовании компьютера как системообразующего элемента учебного курса, как «третьего субъекта» в системе «преподаватель - компьютер - студент», в том числе в условиях обучения в группе, обладает методическим потенциалом активизации понимания изучаемого материала.

Эффективность использования компьютерных технологий в обучении на этапе контроля, изучение характера усвоения обучаемыми учебного материала, оценка их знаний и умений, развитие познавательных способностей - важные стороны процесса обучения. Основной целью проверки знаний является определение качества усвоения обучаемыми программного материала, диагностирование и корректирование их знаний и умений.

К сожалению, в отечественной системе образования обучение - это как правило управление без обратной связи. Контроль используется лишь как средство констатации результатов обучения. Большое количество обучаемых и загруженность преподавателей не позволяют на практике реализовать эффективную систему управления процессом обучения с обратной связью.

Сегодня для удовлетворения запросов общества на формирование образованного человека необходимы такие средства ИКТ, которые сами оперируют не только статическими данными, но и знаниями. Такими системами являются интеллектуальные информационные системы, унаследовавшие от экспертных систем базы знаний и правил, а следовательно, можно надеяться что именно они станут важным компонентом в системе высшего профессионального образования. Таким образом, появляется возможность своевременного корректирования учебно-познавательной деятельности студентов.

Одним из основных преимуществ методологии экспертных систем, по мнению Ю.В. Фролова, по сравнению с традиционными информационными технологиями является возможность построения в процессе обучения индивидуальной модели обучаемого субъекта. Система, подстраиваясь под уровень знаний и психологические особенности пользователя, индивидуализирует подаваемую информацию и обучающие воздействия, повышая эффективность обучения.

Актуальная на сегодня идея о том, что любая компьютерная система контроля за эффективностью образовательного процесса должна представлять собой интеллектуальную информационную систему, к сожалению, практически не реализована. Эта идея подкрепляется требованием, что процесс обучения должен быть адаптировным, т.е. учитывать уровень знаний и особенности каждого отдельно взятого обучаемого. Однако адаптированное обучение немыслимо без осмысления усваиваемого материала обучаемым. Система, призванная показать «пробелы» в познаниях студента, формируя упорядоченный список неизвестных ему понятий, способна, начав с любого имеющегося уровня знаний, активизировать познавательную деятельность и вывести процесс обучения фактически у всех студентов на высокий уровень.

В ходе исследования нами выдвинута и решена задача поиска методики использования дидактических возможностей интеллектуальных информационных систем при обучении студентов компьютерных специализаций. Было установлено, что дидактический потенциал интеллектуальных информационных систем при определенных педагогических условиях становится реальным фактором активизации понимания в обучении учебного материала, усиления учебно-познавательной деятельности обучаемого, ориентированной на развитие личности обучаемого.

Во второй главе «Педагогические условия обучения студентов компьютерных специализаций на основе интеллектуальных информационных систем» описаны структура, содержание и компоненты интеллектуальной информационной системы ExpSys_2.0; определены ее функции: идентификация участников образовательного процесса, обеспечение доступа пользователей к учебным материалам; диагностирование уровня понимания обучаемыми изучаемого материала.

Методика обучения компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем позволяет реализовать их дидактический потенциал, базирующийся на адаптации учебного материала к уровню подготовленности обучаемых. С целью достижения единства содержательной и процессуальной сторон образовательного процесса потребовалось создать структуру теоретического материала, включающую всю совокупность знаний.

Задача заключалась в разработке интеллектуальной информационной системы, позволяющей на основе существующей базы знаний и ответов обучаемых логически выводить оценку и формировать очередное задание. Для ее реализации необходимо было структурировать учебный материал, построить модель представления знаний об учебном материале; создать базу знаний и определить средства ее наполнения.

Учебный материал рассматривается нами как система знаний, включающая понятия и устанавливающая взаимосвязи между ними. Любая законченная часть некоторого учебного материала, раскрывающего заданную тему, содержит совокупность знаний, позволяющую обучаемому с определенным уровнем подготовки изучить ее в заданном объеме и с заданным уровнем детализации.

Таким образом, процесс обучения осуществляется по последовательным логическим уровням: сначала изучаются входные знания, затем - знания 1-го уровня и т.д., до целевых знаний на последнем уровне.

После изучения каждого уровня студенту предлагаются тестовые задания, содержащие понятия, рассмотренные на этом уровне. При успешном прохождении теста студент допускается к изучению следующего уровня. Если тест выявляет пробелы в знаниях, система предлагает повторное изучение материала, акцентируя внимание студента на тех блоках теоретического материала, которые вызвали у него затруднения.

Процесс изучения темы организован таким образом, что на каждом уровне студенту предъявляется часть теории, в которой исключаются из рассмотрения понятия предыдущих этапов, т.е. объем предлагаемого материала уменьшается по мере изучения темы. Между темами одного предмета существуют взаимосвязи, определяющие порядок их изучения.

В качестве представления структуры изучаемого учебного материала используется семантическая сеть.

Для создания интеллектуальной информационной системы потребовалась систематизированная совокупность знаний, которая бы отвечала следующим условиям:

· любое понятие должно относиться к базовому множеству априорно известных понятий либо сущность понятия должна раскрываться в определении, содержащем понятия только данной совокупности;

· все множества понятий соответствующей темы должны быть упорядочены по сложности: от самого сложного до базового множества априорно известных понятий.

Этапы проектирования теоретического материала приведены на рис. 1.

Рис. 1. Проектирование теоретических блоков

Знания в интеллектуальной информационной системе представляются в декларативной и процедурной форме.

В декларативной форме представлена семантическая сеть. В базе знаний семантической сети содержатся:

· определение понятий;

· отношения между понятиями и их уровень сложности;

· тестовые вопросы для каждого понятия с несколькими вариантами ответов.

Каждому понятию и варианту ответа соответствует определенный коэффициент достоверности.

В процедурной форме представлены процедуры построения дерева поиска и нахождения результата.

Интеллектуальная информационная система представлена тремя программами, которые решают соответствующие задачи.

Программа-методист (настройка системы):

· построение и корректирование обучающей теории;

· создание и редактирование тестовых заданий;

· определение порядка изучения тем.

Программа-преподаватель (взаимодействие со студентами):

· регистрация новых студентов;

· отслеживание успехов студентов во время обучения.

Программа-студент (предъявление учебного материала и тестовых заданий для контроля обучения):

· предъявление теоретического материала обучаемому;

· тестирование студента;

· корректирование знаний студента по результатам тестирования;

· сохранение информации о тестировании для преподавателя и методиста.

Эти программы работают с единой базой данных. Общая структура интеллектуальной информационной системы ExpSys_2.0 представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структура интеллектуальной информационной системы

Работа программы «Студент» протекает по следующему сценарию. Перед тем как начать тестирование, оболочка тестирования должна идентифицировать пользователя. Для этого ему предлагается ввести свою фамилию, имя, отчество, номер группы и пароль. Получив данные о пользователе, система посылает их на сервер, где проверяется наличие учетной записи об обучаемом, и возвращает ответ. После того как получен ответ с сервера, система либо разрешает пользователю начать тестирование (если его учетная запись была найдена), либо сообщает о том, что он не может начать тестирование, так как не зарегистрирован.

После входа в программу пользователь может получить список доступных тем тестирования. Выбранная тема отсылается на сервер, где для нее из специальной базы данных выбирается семантическая сеть и пересылается пользователю. Модификация файла настроек возможна как из редактора базы знаний, так и из специально предназначенного модуля системы. В последнем случае необходимо знать пароль администратора системы.

После определения темы проводится анализ знаний обучающегося. Прежде чем выдать обучающий материал, системе необходимо убедиться, что обучающийся владеет понятиями, с помощью которых объясняется изучаемое понятие. Для этого последовательно выдаются тесты по каждому понятию.

В случае, если понятие обучаемому неизвестно, то его усвоение становится текущей целью обучения. Уже для этого понятия анализируются составляющие его понятия.

Возможен анализ знаний (согласно семантической сети) до базового уровня, состоящего из определений, которые должны быть известны и поэтому для них составляющие определения не приводятся. Очевидно, что если обучающийся хорошо знает тему, то анализ затронет только верхние уровни знаний. В ином случае обучающийся начинает с базового уровня.

После анализа знаний обучающегося и определения всех известных ему понятий система синтезирует учебное пособие и выдает его для изучения на экран компьютера или на печать. В синтезируемое учебное пособие входит только неизвестный обучающемуся учебный материал. Каждому понятию, которое неизвестно обучающемуся, соответствуют фрагменты (текстовые, звуковые, видео, flash-ролики), поясняющие это понятие. Эти фрагменты и объединены в единое целое в данном пособии.

Подобный подход позволяет динамически формировать учебное занятие в зависимости от успехов обучаемого и гарантирует, что материал по дисциплине будет изучен полностью.

Для обработки данных результата тестирования необходимо сформировать матрицу результатов. Количество строк данной матрицы соответствует количеству назначенных преподавателем для изучения тем, количество столбцов - числу тестовых заданий. В матрицу заносятся результаты тестирования: 0 - неправильный ответ на задание теста, 1 - правильный ответ (независимо от трудности и формы задания). Таким образом, матрица состоит из единиц и нулей.

Данный способ оценки имеет под собой рациональную основу. Суммирование всех баллов, полученных тестируемым, дает значение, которое ассоциируется с тестовым баллом и уровнем знаний. Чем выше уровень подготовленности, тем больше вероятность получения более высокого тестового балла. Однако внедрение интеллектуальных информационных систем, на наш взгляд, может приблизить уровень усвоения материала к 100%.

Проводимая диагностика позволяет говорить о возможности построения модели обучаемого, в рамках которой определяется соотношение между фактическим знанием и теми знаниями, которые должны быть получены. Имея основой требования к содержанию обучения, модель расширяется, удовлетворяя современным запросам общества на высокоэрудированного специалиста, на профессионала, обладающего высоким уровнем знаний и умеющего оперировать ими.

Учитывая возрастающую роль интеллектуализации информационных технологий в современном обществе и, как следствие, ее проникновение в образование, мы предлагаем использовать потенциал интеллектуальных информационных систем при обучении студентов компьютерных специализаций. Опираясь на работы российских ученых А. Б. Андреева, В. Б. Моисеева, Ю. Е. Усачева, мы выяснили основные возможности и теоретические положения экспертных систем анализа знаний. На основе новых требований, предъявляемых к прикладным программам, ориентированным на «интеллектуализацию» процесса обучения, нами был сделан вывод о необходимости внедрения в современный образовательный процесс интеллектуальных информационных систем как элемента контроля знаний, способа структурирования теоретического материала и обязательного условия комфортного процесса обучения.

Разработка интеллектуальных обучающих и контролирующих систем позволит повысить самостоятельность работы студентов, что имеет определяющее значение в концепции открытого образования. Такие системы дают возможность сократить временной интервал обучения за счет выдачи студенту для изучения только такого учебного материала, который ему незнаком.

В случае самостоятельного изучения предмета или при дистанционном обучении интеллектуальные информационные системы могут стать основой, на которой будет строиться сам процесс обучения.

В третьей главе «Организация опытно-поисковой работы и ее результаты» описаны результаты опытно-поисковой работы, которая осуществлялась на базе Института информатики ГОУ ВПО «Российский государственный профессионально_педагогический университет» и его филиалов в городах Белоярский и Советский, а также на базе ГОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет» в период с 2004 по 2008. Базовыми явились группы студентов четвертого курса, обучающихся на специализации «Компьютерные технологии» специальности 05050165 Профессиональное обучение (информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии). В 2004/05 уч. г. в работе принимали участие 151 чел.; в 2005/06 уч. г. - 198 чел. Всего в опытно-поиско-вой работе приняли участие 349 студентов.

Опытно-поисковая работа проводилась в три этапа. Первый этап - констатирующий, на котором была сформулирована проблема исследования и обоснована актуальность ее решения. Были исследованы методические подходы к обучению студентов компьютерных специализаций, существующие в педагогике и психологии, уточнено содержание этих подходов c использованием интеллектуальных информационных систем, обосновано выделение педагогических условий обучения студентов компьютерных специализаций, выделен и описан дидактический потенциал интеллектуальных информационных систем, а также рассмотрена структура интеллектуальных информационных систем. Кроме того, была обоснована методика обучения студентов компьютерных специализаций с использованием дидактического потенциала интеллектуальных информационных систем. Основными методами исследования на данном этапе явились анализ учебных программ, наблюдение, анкетирование, тестирование, беседа, анализ проверочных и контрольных работ студентов.

Второй этап - обучающий (формирующий), в ходе которого была разработана интеллектуальная информационной система ExpSys_2.0, предложена методика обучения студентов компьютерных специализаций с использованием указанной системы и начата ее апробация. Также на данном этапе был подготовлен теоретический материал на основе требований, предъявляемых к построению учебного материала согласно предложенной нами методике, и разработаны тестовые задания для реализации дидактического потенциала интеллектуальных информационных систем. Производились корректировка основных задач исследования, уточнение выдвинутых теоретических и практических положений. Осуществлялась адаптация теоретического и практического материала для решения поставленных задач. Результаты тестирования, наблюдения, беседы, а также работы студентов фиксировались и анализировались.

Апробация системы производилась в ходе опытно-поисковой работы. Было проведено реальное аттестационное тестирование двух групп студентов, изучающих один и тот же теоретический материал. Для первой, контрольной группы (КГ) использовался традиционный подход, основанный на изложении теоретического материала преподавателем посредством лекционных занятий и все множество тестовых заданий выдавалось без их упорядочения в виде семантической сети. Для второй, экспериментальной группы (ЭГ) применялся вышеописанный метод с теми же тестовыми заданиями, но упорядоченными согласно разработанной семантической сети и сопровождаемыми закрепленным за каждым понятием объемом теоретического материала, а также корректирование изучаемого студентами теоретического материала в процессе обучения.

В ходе проведения формирующего этапа опытно-поисковой работы была подтверждена адекватность педагогических условий, предполагающих реализацию выявленного нами дидактического потенциала интеллектуальных информационных систем. При разработке дидактического материала целью являлась оптимизация процесса обучения студентов, поэтому на занятиях использовалась интеллектуальная информационная система ExpSys_2.0.

Третий этап - обобщающий, на котором производились обработка и обобщение результатов опытно-поисковой работы с использованием методов математической статистики, формулировались выводы и рекомендации. Были сопоставлены и осмыслены исходные, прогнозируемые и полученные результаты практической работы; внесены окончательные изменения в теоретические и практические положения исследования.

В ходе проведения опытно-поисковой работы было выявлено, что обоснованная нами методика обучения студентов компьютерных специализаций успешно реализуется в условиях использования интеллектуальных информационных систем в учебном процессе в ходе создания таких отношений между участниками образовательного процесса, которые способствуют превращению студентов из объектов обучения в субъектов познавательной деятельности. Такое сотрудничество в педагогическом взаимодействии обеспечивало повышение общей мотивации на изучение учебных дисциплин и создание комфортной среды во время проведения занятий.

Дидактический процесс обучения студентов через нацеленность на успешность понимания учебного материала в условиях использования интеллектуальных информационных систем обобщен. Результаты исследования позволили четко зафиксировать достижения каждого студента по результатам контрольных срезов, а также выявить общую и индивидуальную положительную динамику развития понимания студентами учебного материала.

Результаты констатирующего этапа опытно-поисковой работы показали невысокий уровень понимания студентами учебного материала, что, на наш взгляд, в значительной степени обусловлено низкой результативностью традиционного подхода в обучении, основанного на использовании стандартных дидактических методов и средств. Было выявлено, что приблизительно у 35% студентов развитие понимания соответствует рецептивному уровню, 55% достигли продуктивного и 10% - эвристического уровня. студент учебный компьютерный

Для подтверждения динамики развития понимания (в том числе статистическими методами) на формирующем этапе опытно-поисковой работы нами была внедрена методика обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем. Результаты исследования успешности сдачи экзамена в контрольной и экспериментальной группах представлены в таблице.

Распределение студентов по группам успешности сдачи экзамена

Градации усвоения	КГ	ЭГ
	Количество человек	%	Количество человек	%
Недостаточное (<50%)	53	35	30	15
Посредственное (50% - 70%)	83	55	55	28
Достаточное (> 70%)	15	10	113	57
Всего	151	100	198	100

В первой группе тестировался 151 студент. Получены следующие результаты: оценку «отлично» получили 15 чел., «хорошо» - 83, «удовлетворительно» - 52, «неудовлетворительно» - 1.

Во второй группе тестировались 198 студентов. Оценку «отлично» получили 113 чел., «хорошо» - 55, «удовлетворительно» - 30 чел.

Распределение студентов по группам успешности сдачи экзамена иллюстрируется на рис. 3.

Рис. 3. Распределение студентов по группам успешности: - КГ; - ЭГ

Сравнительный статистический анализ с использованием общепринятых критериев (U и ), проведенный на обобщающем этапе, показал, что с вероятностью 95% наблюдаются значимые изменения в распределении студентов по уровням понимания учебного материала.

Эффективность результатов исследования подтверждает и победа выпускника Института информатики РГППУ А. Суслова, занявшего II место во Всероссийской студенческой олимпиаде по итогам III тура I Всероссийского конкурса выпускных квалификационных работ по специальности Профессиональное обучение.

Применявшийся диагностический инструментарий с использованием средств ИКТ позволил подтвердить верность гипотезы исследования. Полученные результаты убеждают в том, что обоснованные нами в ходе теоретического анализа педагогические условия являются необходимыми и достаточными для успешности обучения студентов с использованием интеллектуальных информационных систем.

По результатам тестирования, проводимого в ходе опытно-поисковой работы, можно сделать следующие выводы:

· при разработке тестовых заданий для интеллектуальных информационных систем необходим анализ учебного материала с его представлением в виде семантической сети, что обусловливает глубину и полноту охвата содержания темы, по которой проводится тестирование, однако увеличивает трудоемкость составления тестовых заданий;

· интеллектуальная информационная система показывает «провалы» в познаниях обучаемого, формируя упорядоченный список неизвестных ему понятий и корректируя его знания.

Обобщение результатов исследований позволяет говорить о приоритетности интеллектуализации прикладных программ в современной системе образования и о необходимости внедрения методик обучения студентов с их использованием. Интеллектуализация прикладных образовательных программ предполагает обеспечение данной сферы теорией и практикой оптимального использования интеллектуальных информационных систем, ориентированных на реализацию целей обучения. В качестве одного из путей решения этой задачи можно предложить переход к массовому внедрению интеллектуальных информационных систем, обеспечивающих достаточно высокое качество обучения без увеличения трудовых затрат преподавателя (в идеале - с уменьшением трудовых затрат).

Заключение

Представлены теоретические и практические результаты исследования, сформулированы основные выводы.

1. Проанализировано состояние исследуемой проблемы в философской, психологической, педагогической и научно-методической литературе, что позволило сосредоточиться на научно-методических подходах к обучению студентов компьютерных специализаций с использованием ИКТ.

2. Определены необходимые и достаточные педагогические условия обучения студентов компьютерных специализаций с использованием интеллектуальных информационных систем, а именно:

· своевременная диагностика уровней понимания студентами учебного материала и проведение необходимого корректирования;

· развитие положительной познавательной мотивации студентов, направленной на достижение понимания учебного материала;

· персонификация образовательного процесса на основе использования интеллектуальных информационных систем в обучении;

· создание на занятиях ситуации успеха, способствующей превращению обучающихся из объектов обучения в субъекты познавательной деятельности на основе понимания.

3. Установлено, что дидактический потенциал интеллектуальных информационных систем при определенных педагогических условиях становится реальным фактором активизации понимания в обучении теоретического материала, усиления учебно-познавательной деятельности обучаемого, ориентированной на развитие личности обучаемого.

4. Выявлен дидактический потенциал интеллектуальных информационных систем для обучения студентов на основе:

· высокой информативности, способствующей развитию личности обучаемого;

· эмоциональной насыщенности содержания обучения, активно влияющей на восприятие информации;

...