О. О. Гагарін к т. н., А. М. Луценко к т. н., С. В. Титенко

Вид материала

Документы

Содержание Дистанційне навчання Концепція автоматизованої системи дистанційного навчання Формування дистанційного навчального курсу по ЗАданій тематиці Використання семантичноЇ моделІ знань і організація контролю в системі дистанційного навчання Постановка задачі ДОСЛІДЖЕННЯ Концепція моделі Поняття та їх класифікація Тези та їх класифікація Методологія побудови контролюючих засобів 1. Тести першого типу Вкажіть твердження, що стосується даного поняття Вкажіть поняття, про яке йде мова в твердженні 2. Розглянемо тестові завдання другого типу Вкажіть батьківське поняття до поняття . 3. Третій варіант

Подобный материал:

• С. В. Титенко Дослідження І аналіз методів та моделей інтелектуальних систем безперервного, 315.01kb.
• Гагарін Юрій Олексійович, 71.46kb.
• О. А. Луценко криминалистическая идентификация, 618.1kb.
• У 2011 році виповнюється 50-річчя від дня польоту в космос, 182.07kb.
• Резюме Луценко Владимир Юрьевич, 22.32kb.
• Луценко виктор Константинович-кандидат биологиче­ских наук, старший научный сотрудник, 818.33kb.
• Пособие рекомендовано к печати ученым советом Славянского государственного педагогического, 776.94kb.
• Юрий Николаевич Луценко отвечает на вопросы журналиста, 420.5kb.
• Гагарін Юрій Олексійович; літ запис спец кор. «Правди» С. Борзенка І М. Денисова; пер., 60.24kb.
• Ключові теми у медіа за напрямками прав жінок та дітей в Україні травень 2011, 100.25kb.

Організація дистанційного навчання як інформаційний фактор реалізації науково-технологічної складової економічної безпеки держави


О.О. Гагарін к.т.н., А.М. Луценко к.т.н., С.В. Титенко

Національний технічний університет України "КПІ"


www.setlab.net

Лабораторія СЕТ – Науково-технічна лабораторія

новітніх інформаційних технологій


Гагарин А.А., Луценко А.Н., Титенко С.В. Организация дистанционного обучения как информационный фактор реализации научно-технологической составляющей экономической безопасности государства // Экономическая безопасность государства и информационные технологии в ее обеспечении / под общ. ред. Г.К. Вороновского, И.В, Недина – К.:Знания Украины, 2005, стр. 608-619.


На базі системної методології досліджені засоби побудови та використання технологій дистанційного навчання з ціллю забезпечення цілісного процесу поповнення кадрового складу підприємств та організацій. Побудова цілісної системи навчання є однією з важливих складових у забезпеченні економічної безпеки держави та є приоритетним напрямом у наукових дослідженнях.

В докладі розглянуті проблеми створення та проведення дистанційного навчання за допомогою сучасних інформаційних технологій. Значну увагу приділено автоматизованому проектуванню змісту курсів та методикам автоматизованого тестування знань студентів.


ВСтуп

Економічна безпека - це стан захищеності економіки від зовнішніх і внутрішніх загроз, серед яких слід відмітити наступні:

• порушення оптимального функціонування економічної системи
  
• встановлення контролю іноземного капіталу за національною економікою
  
• безконтрольне розкрадання природних ресурсів
  
• втрата і розвал інтелектуального потенціалу
  
• різкий розвиток технологій і економічна нездатність України влитися в цей світовий процес
  

Якість національної освіти та використання сучасних технологій в освітньому процесі дає змогу вплинути на два останніх, із зазначених факторів економічної безпеки. За останні десятиліття світове співтовариство відкрило для себе міць та перспективи дистанційного методу навчання.

Дистанційне навчання - спосіб організації процесу навчання, заснований на використанні сучасних інформаційних і телекомунікаційних технологій, що дозволяють здійснювати навчання на відстані без безпосереднього контакту між викладачем й учнем. Таке навчання відбувається в середовищі, що дозволяє передавати великі обсяги різної інформації на великій відстані. Дистанційне навчання є одним із головних шляхів інформатизації і автоматизації освіти та використання новітніх технологій у навчанні, служить підвищенню ефективності освіти як такої. Організація якісної дистанційної освіти дозволить примножити освітні потужності і позитивно вплине на інтелектуальний потенціал держави. Сьогодні Україна має шанс активно приєднатися до цього процесу та проводити дослідження у напрямках розробки стандартів, форм і методів такого типу навчання.


Концепція автоматизованої системи дистанційного навчання


Сучасні тенденції в освіті вимагають великої гнучкості та динамічності в організації навчального процесу. Розвиток економіки і галузей народного господарства створює потребу в професійних кадрах нових спеціальностей. Навіть класичні спеціальності вимагають модернізації процесу навчання в умовах стрімкого розвитку науки і техніки[1]. Виникає потреба автоматизувати завдання планування навчального процесу по здобуттю тієї чи іншої фахової кваліфікації. Задача створення навчального плану вимагає великих зусиль, високого педагогічного професіоналізму і широкого аналізу вимог до якостей нової спеціальності. То ж використання високих технологій у розв’язанні цієї проблеми має потенціал збільшити ефективність та знизити собівартість процесу планування навчання.

Як відомо, класичний процес навчання можна охарактеризувати як процес передачі знань від викладача до учня (студента), або ж самостійне засвоєння знань учнем за допомогою відповідної літератури. В будь-якому випадку є носій знань, і є їх отримувач. Коли ми проектуємо автоматизовану систему навчання, носієм знань в такому випадку буде система. І учень (студент) буде отримувати знання від їх носія – даної інформаційної системи навчання. Проте перед тим як «віддавати» знання система, повинна їх отримати. Так як справжнім носієм знань залишається експерт відповідної галузі, тобто викладач, в класичному розумінні, то розроблювана система повинна містити функціональну можливість передачі знань від експерта до системи. Забезпечення цієї можливості супроводжує процес формалізації знань, тобто розробки логіки, за якою комп’ютерна система буде зберігати в собі знання.

Поставлені задачі по обробці знань можна вирішити у рамках створення загальної системи дистанційного навчання, яку назвемо системою зберігання та подання знань. Наведемо можливу функціональну архітектуру системи (рис.1).

Система виконує дві основні функції: зберігання знань та їх подальше подання і використання в процесі навчання. Тут зберігання виконує функцію передачі знань від експерта до системи, а подання забезпечує передачу знань від системи до отримувача знань - студента (учня).

Зберігання має на увазі формалізацію навчальної інформації. Сюди входить завдання подання глобальної логічно-окресленої інтелектуалізованої структури усього спектру знань. Система розрахована на роботи з усіма необхідними у навчанні областями знань. Перш за все, так би мовити, «перелік» всіх знання має бути введений в систему у формі ієрархічної деревоподібної структури. Елементами цієї структури на даному етапі будуть лише «назви» блоків знань, назви тем і підрозділів. Тобто структура знань в даному розумінні є аналогом змісту до книги. В самій структурі не розкривається відповідна тема, тут лише вказується її існування, а також зазначаються певні характеристики для даного блоку знань.

До характеристик якими можна описувати структурні елементи «змісту» знань належать характеристики залежності даного елемента від інших. Прикладом такої характеристики є ситуація, коли засвоєння даного блоку знань не можливе без засвоєння іншого. Таким чином, це дозволить визначати ланцюги (послідовності) блоків знань, вивчення яких необхідне для досягнення якісного засвоєння відповідного предмету знань.

Інша характеристика блоку знань вказує на професійні навички, які отримує учень в результаті засвоєння відповідних знань. Це необхідно для надання здатності системі відповідати на запити про вміст навчального плану, який автоматично сформується по вимогам до фахівця даної спеціальності.





Рис. 1. Централізована система зберігання та подання знань. Функціональна архітектура.


Наступним кроком після формування ієрархічної структури знань буде наповнення цієї структури конкретним навчальним матеріалом і формування для нього семантичних даних, які будуть використані для побудови контролюючих засобів.

Подання знань фактично є функцією використання збережених знань і включає в собі автоматизоване розв’язання таких завдань: формування дистанційного курсу по даній тематиці, формування навчального плану на основі запиту у вигляді формалізованих вимог до спеціальності, формування контенту курсів на основі навчального плану. Розв’язання кожної з задач ґрунтується на використанні бази знань, сформованої за допомогою функцій підрозділу «зберігання».


Формування дистанційного навчального курсу по ЗАданій тематиці

Повноцінний проект он-лайнового дистанційного навчання складається [2]: з блоку керування навчанням (інструктивного блоку), інформаційного блоку (системи інформаційного наповнення ресурсу), контрольного блоку (механізму тестування й оцінки), комунікативного блоку (системи інтерактивного викладання) і сервісної системи ( Рис.2).





Рис.2. Структура дистанційного курсу

Успішність ДН багато в чому залежить від організації навчального матеріалу. Для комплексного охоплення процесу підготовки фахівця за обраною спеціальністю система ДН повинна надати можливість колективу викладачів та розробникам автоматизованих курсів використати єдину систему зі подання навчального матеріалу для всіх дисциплін цієї спеціальності .


Використання семантичноЇ моделІ знань і організація контролю в системі дистанційного навчання


Мова гіпертексту відкрила новий формат для подачі наукової інформації. Сьогодні практично всі системи дистанційного навчання в тій чи іншій мірі використовують принципи гіпертекстової передачі текстових даних. І дійсно, найперше завдання навчального процесу – це, насамперед, якісно донести необхідну інформацію до учня. Проте не менш важливим завданням є перевірка засвоєних знань, без якої навчальний процес не може гарантувати високих результатів і втрачає необхідну динаміку. То ж одним з основних напрямків досліджень у сфері дистанційного навчання є автоматизація побудови засобів контролю знань. Цей напрямок досліджень супроводжує задача формалізації інформації за допомогою семантичних моделей знань.

Звернемо увагу на процеси дослідження, розробки та реалізації семантичної моделі знань і методології створення контролюючих засобів в рамках даної моделі знань.

Розробка моделі знань та відповідної бази знань, що реалізує цю модель, створює передумови для введення адаптивності в процес навчання, а також для вирішення задачі по створенню засобів контролю знань. Ідея цього підходу полягає в тому, щоб «навчити» машину знанням з предметної області, після чого запитання, тести до цієї предметної області машина «зможе складати самостійно».

Отже основною передумовою для досягнення організації автоматизованого контролю знань буде створення адекватної відповідної до поставленої задачі моделі знань предметної області. Наступним кроком буде розробка алгоритмів побудови та перевірки тестових завдань.


Постановка задачі ДОСЛІДЖЕННЯ


Задача даної роботи полягає у розробці концепції автоматичної побудови засобів контролю знань та її програмна реалізація. В рамках цієї роботи ставляться такі задачі:

• Розробка семантичної моделі знань;
  
• Створення структури бази знань відповідно до семантичної моделі знань;
  
• Проектування та реалізація системи супроводження бази знань із зручним інтерфейсом користувача;
  
• Розробка алгоритмів використання бази знань навчального матеріалу для автоматичного продукування засобів контролю знань. При цьому щодо контролюючих засобів ставляться такі вимоги:
  

• Лексична зрозумілість тестових завдань;
  
• Можливість використання різних типів запитань.
  

Концепція моделі


Семантична модель знань і її втілення у базі знань – це серце навчальної системи. В ході аналізу навчальних матеріалів було вирішено досліджувати і розробляти предметно-орієнтовану (понятійно-орієнтовну) модель знань. Це означає, що наріжним каменем структури моделі є така сутність як поняття, предмет обговорення, деякий об’єкт з предметної області, про який в навчальному матеріалі є знання. Для представлення знань про поняття в моделі існують структурні елементи - відомості про об’єкт (тези про поняття). З кожним поняттям в моделі пов’язується множина відомостей про нього. Викладена ідея і є основою концепції семантичної моделі знань, яку представлено в цій роботі.

Поняття вказує на деякий об’єкт з області знань, про який іде мова. Поняття вказує на предмет, який представляється для вивчення студенту. Наприклад в курсі «Алгоритмічні мови програмування» можна виділити такі поняття: «процедура» , «цикл», «програма», «змінна», «життєвий цикл програми» тощо. Для курсу «Програмування в середовищі Delphi» можна було б виділити такі поняття: «об’єкт», «подія», «клас», «форма», «компонент TEdit» та інше.

Теза – це деяка відомість про поняття. Тезу можна порівняти з ознакою, характеристикою поняття або з будь-яким твердженням, що є істиною для даного поняття. Наведемо приклади: теза про поняття «процедура» - «дозволяє розбити програму на підпрограми», теза про поняття «клас» - «може мати в своїй структурі не тільки поля-властивості, а й методи, тобто функції і процедури».


Поняття та їх класифікація


Як вже зазначалося, в концепції моделі поняття виражає предмет знань, який обговорюється в тому чи іншому фрагменті навчального матеріалу. Поняття – це одна із основних сутностей бази знань понятійно-тезисної семантичної моделі. Фактично поняття – це, як правило, одне-два слова, які текстово виражають предмет розгляду.

Наступним етапом розвитку концепції є класифікація понять з метою розширення бази знань. Класифікація поняття відносить його до певної заздалегідь окресленої групи понять. Ця група володіє певним набором характеристик та може мати окреслену поведінку. Таким чином, відносячи поняття до певного класу, ми надаємо йому всі властивості та поведінку, яку вже має даний клас понять. Тут існує пряма аналогія з об’єктно-орієнтованим підходом у програмуванні, а саме з принципом наслідування. Породжений дочірній клас наслідує всі ознаки та поведінку батьківського класу.

Під ознаками та поведінкою поняття даного класу понять розуміємо як відповідні знання предметної області, так і сукупність методико-організаційних можливостей, що можуть застосовуватися до даного поняття (насамперед при формуванні контролюючих засобів).

Поряд із описаною класифікацією , для кожного з понять зазначається рівень важливості, що вказує на пріоритетність поняття у структурі понять курсу, рівень важливості його засвоєння для розуміння предмету, що вивчається.


Тези та їх класифікація


Теза – це, як зазначалося, деяка відомість або твердження про поняття. Можна сказати, що тези є основним наповнювачем знань, як таких, в базі навчального матеріалу. Якщо поняття вказують предмет курсу, то тези являють собою смислове наповнення бази знань. Від повноти наборів тверджень, тобто тез про поняття залежить повнота бази знань, а отже і спроможність навчальної системи будувати ефективні контролюючі об’єкти. Фактично теза являє собою одне або декілька речень, в яких мова іде безпосередньо про відповідне поняття, проте саме поняття тут словарно не фігурує. Між поняттям та її тезами встановлюється відповідний зв’язок.

Разом із класифікацією понять концепція передбачає класифікацію тез, що дозволяє розширити можливості застосування бази знань. Структура класифікації є аналогічною до описаної щодо понять. Тезу можна віднести до певного класу тез, і разом з цим дана теза набуває всіх властивостей та ознак цього класу. Це надалі дозволяє використовувати ці знання при побудові контролюючих об’єктів.

Серед типів тез особливим чином виділимо декілька.

Перш за все це теза-визначення. Цей тип або клас тез містить визначення поняття, тобто відповідає на питання «Що це?». Тут міститься фрагмент матеріалу, який визначає чим є дане поняття.

Теза-призначення вказує для чого призначене дане поняття. Фрагмент тексту в тезі описує для чого служить відповідне поняття. Інформація тези містить відповідь на питання «Для чого служить поняття?», «Яка мета цього поняття?», «Для чого призначене поняття?»

Так само, як і для понять, для тез вказується рівень їх важливості, що вказує на пріоритетність даного твердження у структурі знань курсу, рівень важливості його засвоєння для розуміння предмету, що вивчається.


Методологія побудови контролюючих засобів

Процес контролю знань займає важливе місце у структурі дистанційної освіти. Від його ефективності залежить успішність застосування цього виду навчання. В той же час сучасний підхід до дистанційної освіти ставить завдання автоматизувати процес контролю знань.

Перш за все зазначимо найпоширеніші типи завдань, що можуть застосовуватись при контролі знань шляхом тестування та мають перспективне значення для розробленої семантичної моделі.

1. Найпоширенішим видом тестів є тест типу: питання та кілька варіантів відповідей, з яких одна вірна. Як варіація виступає тест, де серед варіантів відповідей кількість вірних більша за один.

2. Більш складний для студента тест типу: питання, відповідь має ввести студент.

3. Ще один варіант – завдання співставлення. Студенту подається два набори деяких елементів, і він має співставити кожен варіант одного набору з відповідним на його думку варіантом іншого набору елементів.

4. Окремо виділимо ще один досить специфічний тип завдань – завдання по визначенню пріоритетності. Суть завдання полягає в тому, щоб розставити певні елементи в правильному порядку, порядку їх пріоритетності, або в тому щоб, певним чином, виділити елементи, що мають більшу вагу.

Зосередимося на шляхах і алгоритмах побудови вище зазначених типів завдань на основі бази знань.

1. Тести першого типу «питання – варіанти відповідей» реалізовувати відносно не складно. Є декілька шляхів побудови таких завдань:

• в основі питання лежить поняття, в основі варіантів відповідей – тези;
  
• в основі питання лежить теза, в основі варіантів відповідей – поняття;
  
• інші варіації.
  

Розкриємо вказані шляхи. В основі питання лежить поняття, в основі варіантів відповідей – тези. Найзагальнішим тут буде завдання такого виду:

Вкажіть твердження, що стосується даного поняття <ім’я поняття>

<перелік тверджень>

На рис. 3 наведено приклад тестового завдання даного типу.



Рис. 3. Приклад завдання

В залежності від класу поняття та тези питання може звучати інакше, наприклад:

• «Для чого призначене поняття…», якщо тези, що слугують варіантами відповідей, належать до класу «призначення»;
  
• «Чим є поняття…», якщо тези класу «визначення»;
  
• тощо.
  

В основі питання лежить теза, в основі варіантів відповідей – поняття. Тобто в цьому методі в основі питання лежить відомість про поняття. Студент повинен з набору понять обрати те, про яке йде мова в цій відомості. Так само, як і в попередньому способі завдання може мати як загальний характер:

Вкажіть поняття, про яке йде мова в твердженні

<Твердження>

<Перелік понять>,

так і конкретний, в залежності від класу поняття і тези:

• «Вкажіть поняття, яке визначене нижче…», якщо теза типу «визначення»;
  
• «Яке поняття має таке призначення… », якщо теза має тип «призначення»:
  
• тощо.
  

На основі бази знань можна побудувати й інші варіанти завдань типу «питання – варіанти відповідей».

Одним з можливих напрямків тут є завдання по визначенню найважливіших елементів навчального матеріалу. Принцип такий: перед студентом ставиться завдання визначити, наприклад, найважливіше поняття в даній лекції із переліку понять. Найважливіше поняття системою визначається на базі кількості тез цього поняття на даній ділянці матеріалу з урахуванням вагів важливості.

Ще один напрямок – використання можливостей наслідування та відношень між поняттями. Завдання будуються за принципом «поняття – набір понять». В якості питання ставиться лексична форма відношення між поняттями та власне поняття, наприклад: «Вкажіть батьківське поняття…». В якості варіантів відповідей - набір понять, серед яких є поняття, що задовольняє умові завдання.

2. Розглянемо тестові завдання другого типу: питання – текстова відповідь вводиться студентом. З організаційно-методологічної точки зору цей тип дещо подібний до першого, але по рівню навчально-методичної складності він важчий для студента.

Для цього виду тесту підходять завдання, в яких у якості відповіді виступає поняття. Найзагальніший вид завдання буде побудований таким чином: вказується деяка теза, і студенту пропонується ввести поняття, якого стосується дана теза. Наприклад:

• Загальний варіант:
  

<Теза>

Про яке поняття йде мова? ;

• На основі визначення:
  

<Теза-визначення>

Що це за поняття?

• На основі призначення:
  

<Теза-призначення>

Призначення якого поняття наведене вище?

• Тощо.
  

Окрім цього, можливо використовувати відомості щодо наслідування та відношення між поняттями. Так на базі наслідування можна побудувати завдання типу:

Вкажіть батьківське поняття до поняття <Назва поняття>.

Характерною особливістю з точки зору реалізації є вимога додаткової програмної частини по порівнянню текстової відповіді з еталоном (з вірною відповіддю) та оцінки її вірності. Цей алгоритм повинен передбачати можливі орфографічні помилки у тексті, які до певної міри не повинні впливати на вірність відповідей (якщо тільки це не навчання з дисциплін лінгвістики). Якщо мова йде про відповіді, що складаються з багатьох слів, тоді потрібні відповідні алгоритми обробки. Наступним витком розвитку системи перевірки текстової відповіді може стати взагалі створення лінгвістичної підсистеми, що зможе застосовувати такі лінгвістичні знання як синонімічні ряди, різного роду словоформи, відмінювання, часи для дієслів тощо.

3. Третій варіант – завдання співставлення. Студенту подається два набори деяких елементів, і він має співставити кожен варіант одного набору з відповідним на його думку варіантом іншого набору елементів.

Очевидним шляхом реалізації такого типу завдань є такий: перший набір елементів це поняття, інший – тези до цих понять. Між двома наборами повинен існувати взаємно однозначний зв'язок – кожному поняттю відповідає лише одна теза з набору тез. Студент за допомогою відповідних інтерфейсних засобів провадить співставлення елементів.

Важливою складовою такого завдання є методологія оцінки відповіді студента. Найпростіший шлях – це оцінка типу «залік» («незалік»), без диференціювання. Проте для даного типу завдань очевидною є потреба в градації оцінки, адже можливий випадок, коли студент співставить частину пар вірно, а частину – ні. В такому підході найпростішим є шлях оцінки на основі кількості вірних відповідей, тоді відсотком правильності відповіді буде відсоток кількості правильних співставлень. Більш гнучкий підхід –використання вагів, коли для кожної пари формується своя вагова оцінка, тобто доля в загальній оцінці, що при перевірці враховується в загальній оцінці. Вагова оцінка пар будується на базі ступеня важливості елементів (як поняття так і тези), що вказувалися на етапі формування бази знань.

4. Четвертий досить специфічний тип завдань – завдання по визначенню пріоритетності. Суть завдання полягає в тому, щоб розставити певні елементи в правильному порядку, порядку їх пріоритетності, або в тому щоб, певним чином, виділити елементи, що мають більшу вагу.

По типу структури таке завдання часом перетинається з завданнями описаними вище. Відмінністю є навчально-методичний зміст, закладений у ньому. Питання будуються на базі вторинних знань, отриманих з БЗ на основі використання відомостей про ступінь важливості елементів. Як зазначалося кожен елемент семантичної моделі має свій рівень важливості, що вказується на етапі формування БЗ. Різні поняття курсу мають різний рівень щодо їх важливості у структурі знань курсу. Отже розуміння деяких понять є абсолютно необхідним для засвоєння курсу, інші ж грають допоміжну, таку, що розширює кругозір, роль. Те саме стосується тверджень про поняття.

Таким чином завдання цього типу містить аналітичний характер і вимагає від студента ґрунтовного розуміння предмету. Приблизні запитання (завдання) можуть мати такий вигляд:

• «Розставте в порядку важливості поняття курсу…»;
  
• «Яке поняття важливіше в цьому розділі…»;
  
• «Вкажіть ключові поняття теми»;
  
• «Вкажіть твердження, що виражає головну властивість поняття…»;
  

Ефективність завдань залежить від адекватності закладених оцінок важливості навчальних елементів моделі.

Узагальнене схематичне зображення основних сутностей понятійно-тезисної семантичної моделі знань можна побачити рис.4.





Рис. 4. Основні сутності понятійно-тезисної семантичної моделі знань

ВИСНОВКИ

Запропоновані у статті підходи щодо побудови курсів дистанційного навчання та організації системи автоматичного тестування дозволяють надіятися на позитивне та ефективне вирішення проблеми навчання персоналу у сучасних умовах. Такі прогресивні методології забезпечать різкий розвиток сучасних технологій і економічної конкурентно спроможності кадрового складу України та допоможуть влитися країні в світовий процес зміни технологій та змінити відставання у цьому напрямку..

В статті розглянуті підходи для вирішення задач автоматизації управління вмістом курсів і створення засобів контролю знань. Вирішення цих проблем дасть змогу значною мірою автоматизувати процес дистанційного навчання, зробити його ефективнішим і підвищити його економічний ефект. Поглиблення уваги до питань дистанційного навчання має стратегічне значення для України і її економічної безпеки.


Література

1. Згуровский М.З. Развитие системі дистанционного образования в Украине // Higher Education Open and Distance Learning Knowledge Base for Decision-Markers/Materials of Meeting of the IITE Focal Points in the CIS and Baltic Countries/ Kiev IITE, 2003.
   
2. Комплексна система підготовки дидактичного матеріалу для курсів дистанційного навчання з спеціальності. О.О. Гагарін, В.І. Гайдаржи, С.Д.Павловська, Національний технічний університет України «КПІ».