Інформаційна технологія автоматизованого навчання та контролю знань в управлінні учбовим процесом

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.13.06 -автоматизовані системи управління та прогресивні

інформаційні технології

ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ АВТОМАТИЗОВАНОГО НАВЧАННЯ ТА КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ В УПРАВЛІННІ УЧБОВИМ ПРОЦЕСОМ

Катаєва Євгенія Юріївна

Черкаси - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Черкаському державному технологічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник	кандидат технічних наук, доцент РІДКОКАША АНАТОЛІЙ АНДРІЙОВИЧ, Черкаський державний технологічний університет, доцент кафедри програмного забезпечення автоматизованих систем.

Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, професор ЗЛАТКІН АРТУР АНАТОЛІЙОВИЧ, Черкаський державний технологічний університет, завідуючий кафедрою інформатики та інформаційної безпеки;
	кандидат технічних наук, доцент ПІСКУН ОЛЕКСАНДР ВАРФОЛОМІЙОВИЧ, Інститут соціального управління, економіки і права, м. Черкаси, професор кафедри економічної кібернетики.

Провідна установа	Національний авіаційний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра комп'ютеризованих систем управління, м. Київ.

Захист відбудеться "29" червня 2004 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 73.052.01 в Черкаському державному технологічному університеті за адресою: 18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Черкаського державного технологічного університету за адресою: 18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460.

Автореферат розісланий "28" травня 2004 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради В.В. Палагін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Процеси комп'ютеризації та інформатизації суспільства, які бурхливо відбуваються останнім часом, не могли не порушити таку галузь інтелектуальної діяльності, як навчання. В умовах науково-технічного прогресу підвищуються вимоги до якості знань, навиків та умінь спеціалістів, безперервно збільшується обсяг наукової інформації, яку необхідно засвоювати студенту при незмінних термінах навчання.

Необхідність розвитку вищих закладів освіти на Україні ні в кого не викликає сумніву. Вплив Болонського процесу на освіту в Україні потребує вирішення важливих завдань забезпечення стабільної роботи вищих закладів освіти і розвитку нових освітніх програм в рамках існуючої системи управління вищими закладами освіти (ВЗО). Для забезпечення ефективного функціонування вищих закладів освіти на Україні в цих умовах необхідно реорганізувати систему управління освітою. В першу чергу така реорганізація пов'язана з необхідністю переходу на ринкові механізми при реалізації практично всіх освітніх проектів та інтенсифікації діяльності вищих закладів освіти.

Існує єдиний правильний шлях такої інтенсифікації - інформатизація системи управління вищими закладами освіти на основі створення автоматизованих інформаційних систем та технологій, які забезпечують вирішення задач збору, обробки, зберігання та ефективного використання інформації. Вирішення цих задач є необхідною умовою для забезпечення ефективної роботи вищих закладів освіти. Створення систем управління вищим закладом освіти з використанням комп'ютерної техніки дасть змогу підвищити якість та оперативність рішення завдань, які виникають в системі управління вищими закладами освіти.

Із вищевикладеного слідує, що задача побудови ефективних систем управління вищими закладами освіти обумовила актуальність наукових досліджень і розробок, яким присвячена дисертаційна робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в Черкаському державному технологічному університеті в рамках наукових тем: “Теоретичне обґрунтування концепції та розробка форм і методів практики перекладу для студентів мовних спеціальностей” за номером 115-00, державна реєстрація № 0100U004419, “Науково-методичні основи побудови матричних систем та технологій управління проектами підготовки спеціалістів в вищих закладах освіти” за номером 140-03, державна реєстрація № 0103U008076.

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає в підвищенні ефективності управління учбовим процесом через використання науково обґрунтованої технології збору і представлення необхідної інформації в процесі автоматизованого навчання і контролю знань студентів.

Задачами даного дослідження є:

- аналіз предметної області ВЗО;

- розробка двокомпонентної трирівневої математичної моделі інформаційного середовища ВЗО;

- розробка математичної моделі оптимальної взаємодії в трирівневій системі управління навчанням;

- розробка методу виділення інформаційних об'єктів системи управління учбовим процесом, наповнення яких доцільно виконувати в процесі автоматизованого навчання і контролю знань;

- розробка раціональної технології створення в процесі автоматизованого навчання і контролю знань інформаційного ресурсу системи управління учбовим процесом;

- розробка структури інформаційної бази системи навчання і контролю знань;

- розробка програмних засобів навчання і контролю знань як елементу системи управління учбовим процесом.

Об'єктом дослідження в рамках цієї роботи виступають процеси формування інформаційного середовища вищих закладів освіти.

Предметом дослідження є методи та засоби автоматизованого навчання і контролю знань, які формують інформаційне наповнення систем управління учбовим процесом.

Методи дослідження ґрунтувались на використанні теорії систем; теорії моделювання; системотехніки; методів системного аналізу - для вивчення предметної області досліджень та виявлення закономірностей в розвитку систем автоматизації навчання і контролю знань; теорії графів - для побудови структури технології формування інформаційного наповнення систем управління учбовим процесом в автоматизованих системах навчання і контролю знань; теорії несилової (інформаційної) взаємодії - для розробки математичної моделі взаємодії в інформаційному середовищі вищих закладів освіти; теорії алгоритмів - для розробки алгоритмів та програмних засобів навчання і контролю знань студентів з формуванням інформаційного середовища систем управління учбовим процесом; методів дослідження операцій - для розробки методів оптимізації інформаційного середовища систем управління учбовим процесом; теорії імовірностей - для визначення статистичних залежностей впливу елементів інформаційного середовища ВЗО на результат учбового процесу.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше розроблені методи і моделі інформаційної технології навчання і контролю знань студентів, орієнтованої на інформаційне забезпечення системи управління учбовим процесом.

Науковою новизною відзначаються такі теоретико-методологічні і прикладні результати дисертаційного дослідження:

- запропоновано нову двокомпонентну трирівневу математичну модель інформаційного середовища ВЗО, що дозволяє формалізувати направлені на формування знань, вмінь і навичок студентів об'єкти і процеси системи управління навчанням;

- побудовано нову математичну модель оптимальної взаємодії в трирівневому інформаційному середовищі системи управління навчанням, що забезпечує раціональну структуризацію процесів управління учбовим процесом з виділенням функцій автоматизованого навчання і контролю знань як підсистеми автоматизованої системи управління навчанням;

- розроблено новий метод та алгоритм виділення інформаційних об'єктів системи управління учбовим процесом, наповнення яких доцільно виконувати в процесі автоматизованого навчання і контролю знань, що дозволяє створити раціональну за функціональним складом технологію автоматизованого навчання і контролю знань;

- розроблено нову структуру інформаційної технології створення в процесі автоматизованого навчання і контролю знань інформаційного ресурсу системи управління учбовим процесом, що дає змогу стандартизувати підходи до проектування, розробки і використання засобів автоматизованого навчання і контролю знань у вищих закладах освіти.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що на використанні розроблених автором методів та засобів автоматизованих систем навчання і контролю знань як складових елементів системи управління учбовим процесом закладаються сучасні методологічні основи підвищення ефективності управління вищими закладами освіти.

Розроблені програмно-інформаційні засоби впроваджено в Черкаському державному технологічному університеті, Черкаському національному університеті ім. Б. Хмельницького та учбових закладах м. Южноукраїнська.

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі існуючих і розробці нових методів, моделей та програмних засобів підвищення ефективності управління учбовим процесом. В роботах, що опубліковані в співавторстві, здобувачу належить: в [1] розглянута розробка інформаційної технології автоматизованого навчання та контролю знань як елементу системи управління учбовим процесом; в [2] реалізовано системний підхід до побудови інформаційної технології автоматизованого навчання у вищому закладі освіти; в [3] показано, що використання автоматизованих систем в учбовому процесі при розрахунках учбового навантаження значно зменшує кількість помилок, які впливають на управління процесом навчання; в [4] здобувач розглядає питання підвищення рівня інтелектуалізації процесу прийняття рішень в управлінні учбовим процесом на основі результатів автоматизованого навчання та контролю знань студентів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися і отримали позитивну оцінку на таких науково-технічних конференціях і семінарах: на Всеукраїнській конференції “ІТОН-2000” (Черкаси - 2000); на Міжнародній конференції “АВТОМАТИКА-2000” (Львів - 2000); на Науково-методичній конференції “Роль комп'ютеризації навчального процесу в підготовці фахівців” (Івано-Франківськ - 2000); на Міжнародній конференції “Наука і освіта' 2001” (Дніпропетровськ - 2001); на Всеукраїнській конференції “ІТОН-2002” (Черкаси - 2002); на тридцятій науковій сесії наукового товариства ім. Шевченка (Черкаси - 2002); на Міжнародній науково-практичній конференції “Україна наукова' 2003” (Дніпропетровськ - 2003); на V Всеукраїнській науково-практичній конференції “Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці та освіті” (Черкаси - 2003); на Всеукраїнській конференції “ІТОН-2002” (Черкаси - 2004).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 15 друкованих роботи: статей в наукових журналах - 6, матеріалів конференцій - 9.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 221 сторінці комп'ютерного тексту, містить 41 ілюстрацію та 17 таблиць, складається із вступу, п'яти розділів, висновку, додатків і списку використаних джерел з 110 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладена актуальність задачі підвищення ефективності управління учбовим процесом через використання науково обґрунтованої технології збору і представлення необхідної інформації в процесі автоматизованого контролю знань і навчання студентів. Сформульована мета роботи, її наукова новизна та практична цінність. Подана загальна характеристика сформульованих і вирішених у дисертації задач, отриманих наукових результатів, а також викладена структура і анотований зміст окремих розділів.

У першому розділі проводиться аналіз існуючих систем управління вищими закладами освіти та систем контролю знань і навчання. Цей аналіз показав, що на даний момент існуючі автоматизовані системи не забезпечують зворотного зв'язку в системі управління учбовим процесом ВЗО. Відсутні і стандарти обміну інформацією, і моделі, і структури інформаційної взаємодії наведених систем. На основі проведеного всебічного аналізу існуючих вітчизняних та закордонних систем управління показано, що для підвищення ефективності учбового процесу необхідно автоматизовані системи контролю знань і навчання розглядати як невід'ємну складову системи управління учбовим процесом.

Проведений аналіз підтвердив актуальність задачі побудови інформаційної технології і автоматизованих систем навчання і контролю знань (АСНКЗ) і показав, що, враховуючи ситуацію, яка склалася навколо вищих закладів освіти в нашій країні, використання нових підходів до побудови АСНКЗ є необхідною умовою підвищення рівня знань випускників ВЗО. А це, в свою чергу, сприятиме розвитку України як незалежної держави, яка знаходиться на передових рубежах розвитку науки і техніки, що рано чи пізно обов'язково призведе до економічного процвітання нашої держави.

Другий розділ дисертації присвячений розробці математичної моделі інформаційного середовища ВЗО, структура якого задається двома компонентами - інформаційним середовищем системи управління навчанням і інформаційним середовищем системи управління ВЗО. В системі управління навчанням виділено три рівні представлення інформації - інформаційне середовище системи управління учбовим процесом, інформаційне середовище процесу навчання та інформаційне середовище суб'єктів навчання. Наведено структуру формальних об'єктів, які наповнюють інформаційне середовище суб'єктів навчання, процесу навчання, системи управління учбовим процесом. Подано визначення інформаційного середовища ВЗО, інформаційних об'єктів інформаційного середовища ВЗО, інформаційних функцій інформаційного середовища ВЗО. Виділено чотири підмножини інформаційних функцій:

R = R₁₂ R₂₁ R₂₃ R₃₂,

де R₁₂ - інформаційні функції управління процесом навчання;R₂₁ - інформаційні функції моніторингу процесу навчання;R₂₃ - інформаційні функції навчання; R₃₂ - інформаційні функції контролю знань.

В загальному вигляді кінцеві знання студентів залежні від:

,	(1)

lе - кінцеве інформаційне наповнення суб'єктів навчання; - початкове інформаційне наповнення суб'єктів навчання; - наповнення інформаційного середовища процесу навчання; - зовнішня дія на суб'єкти навчання; - час навчання.

Інформаційна технологія управління учбовим процесом повинна бути направлена на реалізацію такої системи інформаційних функцій ( - підмножини множини ) стосовно кожного студента, яка приводить до трансформації початкового стану (наповнення) інформаційних об'єктів (), що відповідають знанням, умінням та навичкам, до необхідного рівня інформаційного наповнення (до рівня знань, умінь та навичок спеціаліста) () з мінімальними витратами. Тоді мета навчання може бути подана такою цільовою функцією:

(2)

при обмеженнях - область допустимих рішень (реакцій); tt_max;

де ;

s_л - ситуація в предметній області професійної діяльності; d_j(U_кін)D' - професійна дія в предметній області діяльності; i_m(d_j(U_кін)/s_л) - визначеність (інформаційне забезпечення) професійної дії d_j(U_кін) в ситуації s_л; C_max - допустимі витрати на навчання студентів; t_max - допустимий час на навчання студентів; C_m(U_кін-U_поч) - витрати на навчання студента; - мінімально допустима визначеність (інформованість) правильної дії.

Розглянемо дію незадовільного стану визначеності (незадовільних знань, умінь і навичок) на проведення процесу навчання. Задамося множиною питань, відповідь на які характеризує визначеність реакції в області професійної діяльності W = {w_i}. Тоді

де q_m(W_k)u_k - оцінка відповіді суб'єкта навчання O_m на питання , які відносяться до інформаційного об'єкта u_k; i_m(d_j(u_k/s_л)) - визначеність правильної поведінки (d_j) суб'єкта навчання O_m в ситуації s_i, якщо він володіє інформацією u_k.

Формально можна визначити належність питань до тих чи інших інформаційних об'єктів суб'єктів навчання таким чином:

.

Використавши зворотну залежність, можна оцінити стан наповнення інформаційних об'єктів суб'єктів навчання і отримати оцінку визначеності дій у галузі професійної діяльності:

Реалізація математичної моделі в числовому виразі дасть змогу за результатами тестування оцінити можливість правильної реакції суб'єктів навчання на ситуації в професійній області діяльності.

У третьому розділі конкретизовано параметри оптимізації в задачах удосконалення управління учбовим процесом. Рішення, що приймаються, щодо реалізації тих чи інших інформаційних функцій управління учбовим процесом повинні формувати таке наповнення інформаційного середовища системи навчання, яке забезпечить більший приріст цільового значення (формула 2), ніж витрати на отримання потрібної інформації для прийняття цих рішень. З урахуванням монотонності зростання значень функції (2) (при збільшенні кількості інформації у суб'єктів навчання збільшується імовірність правильної “поведінки” в професійних ситуаціях) модель витрат/вигод може бути представлена виразом:

Вигодами контролю знань є:

1.Отримання інформації для прийняття рішення щодо такого коригування учбового, який приведе до збільшення цільового значення (2).

,	(3)

де - вибрані на основі більш повної інформації до реалізації функцій серед альтернативних рішень, що задаються множиною функцій ;-наповнення інформаційного середовища системи управління учбовим процесом, яке не пов'язане з реалізацією додаткових інформаційних функцій ();- наповнення інформаційного середовища системи управління навчальним процесом, пов'язане з реалізацією додаткових інформаційних функцій ().

Але

,	(4)

де - зовнішня дія на управління учбовим процесом; - вимоги;-інформаційні об'єкти, сформовані в процесі контролю знань студентів.

Тоді, якщо при і з урахуванням монотонності зростання значень функції (4) (при збільшенні кількості інформації про знання студентів більш ефективне управління учбовим процесом), ().

2.Змушування студентів до кращого засвоєння дисципліни, що також приводить до збільшення цільового значення (2). З (1)

,	(5)
де tпід - час, витрачений суб'єктами навчання на підготовку до контролю знань.

Витратами контролю знань є:

1. Час, який викладач міг витратити на навчання студентів і, відповідно, на збільшення цільового значення (2), витрачено на підготовку до контролю знань (t^вик). Використавши ті ж правила виведення, що і в попередньому пункті, отримаємо:

,	(6)
де tвик - час, витрачений викладачем на підготовку до контролю знань.

2. Час, який студенти могли витратити на вивчення дисципліни (нових тем) і, відповідно, на збільшення цільового значення (2), витрачено на контроль знань (t^кз). З (1)

,	(7)
де tкз - час, витрачений на контроль знань.

З урахуванням того, що залежність між обсягом кінцевої інформації і значенням функції (2) є прямо пропорційною для збільшення значення Z(U_кін), необхідно, щоб значення U було позитивним. А для цього досить того, щоб сума (3), (5)-(7) була позитивною:

	(8)

Для максимізації цільового виразу (2) необхідно максимізувати (8):

	(9)

при обмеженнях

; ; ; для любого m;

де - функція оцінки вибору до реалізації функції при використанні інформації ; - витрати на навчання;- бюджет ВЗО.

Ефективна інформаційна технологія контролю знань і навчання - це технологія, яка визначає таку сукупність і порядок наповнення об'єктів інформаційного середовища ВЗО, щоб забезпечити максимальну ефективність рішень, що приймаються. Таким чином, необхідно здійснити вибір тих об'єктів інформаційного середовища ВЗО, наповнення яких системою контролю знань і навчання максимізує цільову функцію (9). Необхідно розкрити залежність ефективності рішень, що приймаються в управлінні учбовим процесом (їх впливу на значення ), за результатами контролю знань (Q), що дасть можливість максимізувати значення виразу (2) через максимізацію виразу (9).

Сформульовано три задачі, рішення яких дозволить сформувати раціональний склад інформаційного середовища системи управління учбовим процесом. Це - визначення ознак незадовільної організації учбового процесу за результатами контролю знань і навчання; визначення причин незадовільної організації учбового процесу за їх ознаками; виходячи з визначених причин прийняття раціонального рішення щодо удосконалення учбового процесу. Розроблено метод оцінки рішень щодо удосконалення учбового процесу, який ґрунтується на визначеності ознак і причин незадовільної організації учбового процесу. Розроблений метод базується на використанні математичної моделі інформаційної взаємодії в прикладних областях діяльності людини для визначення числових значень залежностей між ознаками/причинами/рішеннями за експертними оцінками впливу вхідних інформаційних об'єктів на вихідні. Для цього було розроблено, використано в інтерв'ю і оброблено результати заповнення форм експертиз, на основі яких визначались числові міри залежностей між об'єктами, що належали до категорій: ознаки незадовільної організації учбового процесу; причини незадовільної організації учбового процесу; рішення щодо удосконалення учбового процесу.

Розроблено математичну модель виділення сукупності об'єктів інформаційного середовища системи управління учбовим процесом ВЗО, які доцільно формувати в ході автоматизованого контролю знань і навчання студентів. технологія управління контроль знання

У четвертому розділі для визначення тих елементів інформаційного середовища систем управління учбовим процесом, формування яких із системи контролю знань і навчання відповідатиме цільовому виразу (9), було проведено анкетування фахівців з використанням розроблених автором форм експертного опитування. Було побудовано таблиці залежностей між ознаками і причинами незадовільної організації учбового процесу; причинами незадовільної організації учбового процесу і рішеннями щодо удосконалення учбового процесу. На основі отриманих підсумкових залежностей були розраховані значення експертної оцінки можливості визначення причин за ознаками, рішень по причинах. В результаті були визначені об'єкти інформаційного середовища систем контролю знань і навчання, які значно впливають на прийняття рішень щодо удосконалення учбового процесу.

Запропоновано алгоритм виділення тільки тих об'єктів інформаційного середовища систем управління учбовим процесом, наповнення яких можна віднести безпосередньо до сфери діяльності автоматизованої системи контролю знань і навчання. Виходячи із структури інформаційних функцій, які забезпечують наповнення вибраних об'єктів інформаційного середовища системи управління учбовим процесом, запропонована граф-схема технології наповнення тієї частини інформаційного середовища ВЗО, яка відноситься безпосередньо до контролю знань та навчання студентів.

Показано, що формування інформаційного ресурсу в автоматизованих системах контролю знань і навчання дозволить створити ефективну систему управління учбовим процесом, систему, інформаційне середовище якої значною мірою буде формуватися автоматично і незалежно від роботи управлінських структур вищих закладів освіти.

У п'ятому розділі на основі відображення відібраних елементів інформаційного середовища системи управління учбовим процесом в автоматизованій системі контролю знань і навчання виконана розробка структури інформаційної бази типової електронної системи тестування (ТЕСТ). Розроблено інформаційну технологію наповнення базових об'єктів системи контролю знань і навчання. До таких об'єктів належать елементи інформаційного середовища системи управління учбовим процесом та інформаційного середовища процесу навчання, які виділено в процесі реалізації розроблених в дисертаційній роботі методів і моделей, а також тестові питання, відповіді і матеріал для навчання.

Описано приклади використання системи ТЕСТ в дослідному режимі. Результати рішення контрольних прикладів дозволяють зробити висновок про ефективність використання системи ТЕСТ в режимі інформаційного забезпечення системи управління учбовим процесом.

Наведені результати промислової експлуатації автоматизованої системи ТЕСТ, які свідчать про її ефективність і дозволяють підійти до рішення задач управління учбовим процесом на якісно новому рівні, через максимальну автоматизацію процесів навчання та контролю знань.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова задача - розробка методів і моделей інформаційної технології навчання і контролю знань студентів, орієнтована на інформаційне забезпечення системи управління учбовим процесом. Основними результатами дисертаційної роботи є:

1. Аналіз існуючих систем управління вищими закладами освіти показав, що підвищення ефективності управління учбовим процесом в вищому закладі освіти вимагає створення теоретико-методичної основи для побудови інформаційних систем і технологій управління. Проведено аналіз існуючих автоматизованих систем навчання і контролю знань в нашій країні та за кордоном, що дозволило сформулювати задачу наукових досліджень.

2. Розроблено математичну модель інформаційного середовища ВЗО. Виділені інформаційні функції навчання та управління учбовим процесом і запропоновано схему наповнення об'єктів інформаційного середовища системи управління навчанням. Сформульовано задачу оптимізації при формуванні в процесі навчання і контролю знань інформаційного ресурсу системи управління учбовим процесом. Розроблено математичну модель взаємозв'язку знань, умінь і навичок суб'єктів навчання з наповненням інформаційного середовища процесу навчання, інформаційного середовища процесу навчання з множиною питань тестового контролю знань. Все це дозволяє формалізувати направлені на формування знань, умінь і навичок студентів об'єкти і процеси системи управління навчанням.

3. На основі розгляду процесу прийняття рішень щодо реалізації тих чи інших реакцій з позицій витрат і вигод розроблено концептуальну модель прийняття рішень в системі управління учбовим процесом і викладено підходи до використання методів інтелектуального аналізу даних для виділення сукупностей інформаційних об'єктів системи навчання і контролю знань, які найбільш впливають на процес визначення ознак, причин та рішень щодо управління учбовим процесом. Це забезпечує реалізацію науково обґрунтованих підходів до раціональної формалізації і структуризації інформаційного наповнення систем управління учбовим процесом і систем контролю знань і навчання.

4. Конкретизовано параметри оптимізації в задачах удосконалення управління учбовим процесом. Розроблено математичну модель управління інформацією в процесі навчання і контролю знань. Запропоновано схему формування керуючих дій в системах управління учбовим процесом. Виходячи з розробленої математичної моделі управління інформацією в системах управління учбовим процесом запропоновано структуру і наповнення інформаційної технології навчання і контролю знань як технології, яка визначає таку сукупність і порядок наповнення об'єктів інформаційного середовища ВЗО, яка б забезпечила максимальну ефективність рішень, що приймаються.

5. Виходячи із структури інформаційних функцій, які забезпечують наповнення вибраних об'єктів інформаційного середовища систем управління учбовим процесом, запропонована граф-схема технології наповнення тієї частини інформаційного середовища ВЗО, яка відноситься безпосередньо до контролю знань та навчання студентів. Визначено етапи реалізації інформаційної технології автоматизованого навчання та контролю знань, яка буде створювати інформаційний ресурс систем управління учбовим процесом. Це дозволяє раціонально структурувати інформаційне середовище управління учбовим процесом з виділенням функцій автоматизованого навчання і контролю знань як підсистеми автоматизованої системи управління навчанням. А це, в свою чергу, дозволяє створити раціональну по відношенню до системи управління учбовим процесом технологію автоматизованого навчання і контролю знань.

6. На основі відображення відібраних елементів інформаційного середовища системи управління навчанням в автоматизованій системі навчання і контролю знань виконана розробка структури інформаційної бази типової електронної системи тестування (ТЕСТ) та подано програмну реалізацію цієї системи, що дозволяє стандартизувати підходи до проектування, розробки і використання засобів автоматизованого навчання і контролю знань у вищих закладах освіти.

7. Наведено приклади тестів, які можуть реалізовуватися системою ТЕСТ. Розроблено алгоритм статистичної обробки матриці результатів тестування з метою визначення надійності тестів. Описано приклади використання системи ТЕСТ в дослідному режимі, що підтверджує успішність проведених досліджень.

8. Подані результати промислової експлуатації автоматизованої системи ТЕСТ, які свідчать про її ефективність і дозволяють підійти до рішення задач управління учбовим процесом на якісно новому рівні, через максимальну автоматизацію процесів навчання та контролю знань.

9. Основними науковими результатами роботи є:

- двокомпонентна трирівнева математична модель інформаційного середовища ВЗО;

- математична модель оптимальної взаємодії в трирівневому інформаційному середовищі системи управління навчанням;

- метод та алгоритм виділення інформаційних об'єктів системи управління учбовим процесом, наповнення яких доцільно виконувати в процесі автоматизованого навчання і контролю знань;

- структура інформаційної технології створення в процесі автоматизованого навчання і контролю знань інформаційного ресурсу системи управління учбовим процесом.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що, на використанні розроблених автором методів та засобів автоматизованих систем навчання і контролю знань як складових елементів системи управління учбовим процесом, закладаються сучасні методологічні основи підвищення ефективності управління вищими закладами освіти.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Тесля Ю.М., Мисник Л.Д., Катаєва Є.Ю., Придворна О.О. Інформаційна технологія автоматизованого навчання та контролю знань як елемент системи управління учбовим процесом // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2000. - № 3. - С. 92-97.

2. Тесля Ю.М., Мисник Л.Д., Оберемок І.І., Катаєва Є.Ю. Системний підхід до побудови інформаційної технології автоматизованого навчання у вищому навчальному закладі // Вісник ЧІТІ. - 2000. - № 4. - С. 50-55.

3. Катаєва Є.Ю., Олейникова Т.Ю. Інформаційна технологія розподілу обсягу навчального навантаження у вищих навчальних закладах // Вісник ЧІТІ. - 2001. - № 3. - С. 125-128.

4. Тесля Ю.М., Оберемок І.І., Катаєва Є.Ю., Аль-Шукрі Фатхі Мохамед Ахмед. Застосування моделі інформаційної взаємодії для прийняття рішень у проектах // Вісник ЧДТУ. - 2002. - № 1. - С. 154-159.

5. Катаєва Є.Ю. Модель інформаційної взаємодії в орієнтованих на управління учбовим процесом системах контролю знань і навчання // Радіоелектроніка та інформатика. - 2003. - № 1 - С.134-137.

6. Катаєва Є.Ю. Модель системної інтеграції інформаційного середовища системи автоматизованого контролю знань і навчання з системою управління учбовим процесом // Вісник ЧДТУ. - 2003. - №3. - С. 154-159.

7. Мисник Л.Д., Катаєва Є.Ю., Захарова М.В. Технологія та методика автоматизованого навчання та контролю знань на базі типової електронної системи тестування ТЕСТ. // Тези доповіді на Всеукраїнській конференції “ІТОН-2000”. - Черкаси, 2000. - С. 63-64.

8. Мисник Л.Д., Катаєва Є.Ю. Технологія та методика автоматизованого навчання та контролю знань на базі типової електронної системи тестування ТЕСТ // Тези доповіді на Міжнародній конференції “АВТОМАТИКА-2000”. - Львів, 2000. - С. 112-117.

9. Катаєва Є.Ю., Дейнека В.С. Автоматизована система контролю знань та навчання - „ТЕСТ” // Тези доповіді на VII Науково-методичній конференції „Роль комп'ютеризації навчального процесу в підготовці фахівців”. - Івано-Франківськ, 2000. - С. 127-130.

10. Ланских Е.В., Косенкова Е.Н., Катаева Е.Ю. Модель дистанционного образования в высших учебных заведениях // Тезисы докладов на IV Международной конференции “Наука и образование '2001” - Днепропетровск, 2001. - С. 16-18.

11. Мисник Л.Д., Катаєва Є.Ю. Типова електронна система тестування (ТЕСТ) - базовий засіб для побудови сучасної методики автоматизованого навчання та контролю знань в межах ВНЗ // Тези доповіді на Всеукраїнській конференції “ІТОН-2002”. - Черкаси, 2002. - С. 136-137.

12. Мисник Л.Д., Катаєва Є.Ю. Дослідна експлуатація типової електронної системи тестування “TECT” у ЧДТУ // Тези доповіді на тридцятій науковій сесії наукового товариства ім. Шевченка. - Черкаси, 2002. - С. 70-72.

13. Катаєва Є.Ю., Олейникова Т.Ю., Савельєва Т.В., Степанушко І.В. Використання типової електронної системи тестування для проведення самостійної роботи студентів // Тези доповіді на V Всеукраїнській науково-практичної конференції “Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці та освіті”. - Черкаси, 2003. - С. 51-53.

14. Мисник Л.Д., Катаєва Є.Ю. Автоматизована система навчання та контролю знань студентів у технічних ВНЗ // Тези на Міжнародній науково-практичній конференції “Україна наукова' 2003”. - Дніпропетровськ, 2003. - С. 38-40.

15. Катаєва Є.Ю. Автоматизовані форми забезпечення зворотнього зв'язку в системах управління навчальним процесом. // Тези доповіді на Всеукраїнській конференції “ІТОН-2004”. - Черкаси, 2004. - С. 110-111.

АНОТАЦІЯ

Катаєва Є.Ю. Інформаційна технологія автоматизованого навчання та контролю знань в управлінні учбовим процесом. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. - Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2004.

Дисертація присвячена вирішенню важливої наукової задачі розробки орієнтованих на інформаційне забезпечення системи управління учбовим процесом моделей, методів та засобів інформаційної технології контролю знань і навчання студентів. Рішення цієї задачі забезпечує досягнення цілі підвищенні ефективності управління учбовим процесом через використання науково обґрунтованої технології збору і представлення необхідної інформації в процесі автоматизованого навчання і контролю знань студентів. Для цього в дисертаційній роботі розроблено двокомпонентну трирівневу математичну модель інформаційного середовища ВЗО, структура якого задається двома компонентами - інформаційним середовищем системи управління навчанням і інформаційним середовищем системи управління ВЗО. Виділено елементи і дано визначення основним поняттям інформаційного середовища системи управління навчанням. В системі управління навчанням виділено три рівні представлення інформації - інформаційне середовище системи управління учбовим процесом, інформаційне середовище процесу навчання та інформаційне середовище суб'єктів навчання. Розроблено математичну модель оптимальної взаємодії в трирівневому інформаційному середовищі системи управління навчанням. Запропоновано метод та алгоритм виділення інформаційних об'єктів системи управління учбовим процесом, наповнення яких доцільно виконувати в процесі автоматизованого навчання і контролю знань. Наведено структуру інформаційної технології створення в процесі автоматизованого навчання і контролю знань інформаційного ресурсу системи управління учбовим процесом.

Ключові слова: інформаційна технологія, автоматизована система, управління учбовим процесом, інформаційне середовище.

АННОТАЦИЯ

Катаева Е.Ю. Информационная технология автоматизированного обучения и контроля знаний в управлении учебным процессом. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Черкасский государственный технологический университет, Черкассы, 2004.

Диссертация посвящена решению важной научной задачи разработки ориентированных на информационное обеспечение системы управления учебным процессом моделей, методов и средств информационной технологии контроля знаний и обучения студентов. Решение этой задачи позволяет достичь целей повышения эффективности управления учебным процессом через использование научно обоснованной технологии сбора и представления необходимой информации в процессе автоматизированного обучения и контроля знаний студентов.

Проведен системный анализ предметной области. Показано, что повышение эффективности управления учебным процессом в высшем учебном заведении требует создания теоретико-методической основы для построения информационных систем и технологий управления. Выполнен анализ существующих автоматизированных систем обучения и контроля знаний в нашей стране и за рубежом. Разработана двухкомпонентная трехуровневая математическая модель информационной среды ВУЗа, структура которого задается двумя компонентами - информационной средой системы управления обучением и информационной средой системы управления ВУЗом. Выделено элементы и дано определение основным понятиям информационной среды системы управления обучением. В системе управления обучением выделено три уровня представления информации - информационная среда системы управления учебным процессом, информационная среда процесса обучения и информационная среда субъектов обучения.

Выделены информационные функции обучения и управления учебным процессом и предложена схема наполнения объектов информационной среды системы управления обучением. Разработана математическая модель взаимосвязи знаний, умений и навыков субъектов обучения с наполнением информационной среды процесса обучения, информационной среды процесса обучения с вопросами для тестирования студентов.

Разработана математическая модель оптимального взаимодействия информационных объектов и разработан метод выделения информационных объектов системы управления учебным процессом, наполнение которых целесообразно выполнять в процессе автоматизированного контроля знаний и обучения.

Для выработки критериев и определения целесообразности решений по реализации учебного процесса с позиций затрат/выгод разработана концептуальная модель принятия решений в системе управления учебным процессом и изложено подходы по использованию методов интеллектуального анализа данных для выделения совокупностей информационных объектов системы обучения и контроля знаний, которые больше всего влияют на определение признаков, причин и решений по управлению учебным процессом.

Конкретизированы параметры оптимизации в управлении учебным процессом. Разработана математическая модель управления информацией в процессе обучения и контроля знаний. Предложена схема формирования управляющих действий в системах управления учебным процессом. Исходя из разработанной математической модели управления информацией в системах управления учебным процессом, показано, что эффективная информационная технология обучения и контроля знаний - это технология, которая определяет такой порядок наполнения объектов информационной среды ВУЗа, который обеспечит максимальную эффективность принимаемых решений.

Разработана математическая модель процесса принятия решений по управлению учебным процессом через определение признаков и причин неудовлетворительной организации учебного процесса. Разработан метод оценки решений по усовершенствованию учебного процесса, который базируется на определенности признаков и причин неудовлетворительной организации учебного процесса. Предложен алгоритм выделения только тех объектов информационной среды системы управления учебным процессом, наполнение которых можно отнести непосредственно к сфере реализации в автоматизированной системе контроля знаний и обучения.

Исходя из структуры информационных функций, которые обеспечивают наполнение избранных объектов информационной среды систем управления учебным процессом, предложена граф-схема технологии наполнения той части информационной среды ВУЗа, которая относится непосредственно к контролю знаний и обучению студентов. Определены этапы реализации информационной технологии автоматизированного обучения и контроля знаний.

На основе отображения отобранных элементов информационной среды системы управления обучением в автоматизированной системе контроля знаний и обучения выполнена разработка структуры информационной базы типовой электронной системы тестирования (ТЕСТ). Показана программная реализация типовой электронной системы тестирования. Представлена структурная схема программной системы, описаны модули системы, их функции.

Изложены результаты промышленной эксплуатации системы ТЕСТ, которые свидетельствуют о ее эффективности и позволяют подойти к решению задач управления учебным процессом на качественно новом уровне, через максимальную автоматизацию процессов обучения и контроля знаний.

Ключевые слова: информационная технология, автоматизированная система, управление учебным процессом, информационная среда.

SUMMARY

Kataeva E.U. Information technology of the automated training and control of knowledge at management of the educational process. - Manuscript.

The dissertation on reception of a scientific degree of the candidate of engineering science behind the specialty 05.13.06 - automated control systems and progressive information technologies. - Cherkasy state technological university. Cherkassy, 2004.

The dissertation is devoted to the decision of a task of increasing management efficiency of educational process on the basis of automation and modernization of its information maintenance through realization of a feedback during the automated control of knowledge and students training.

The analysis of a subject domain is carried out. Information environment at the Higher educational establishment as three-level model is considered: information environment of system management of educational process, information environment of process training and information environment to the subject training. In a control system of educational process the mathematical model of optimum interaction of information objects is created and the method of allocation of information objects of a control system of educational process is developed, which filling is expedient for carrying out during the automated control of knowledge and training. The developed structure and software of information base of knowledge monitoring system and training as element of the educational process control system.

Key words: information technology, automated monitoring system, management of educational process, information environment.

Размещено на Allbest.ru

...