Автор: Ракова Оксана Анатольевна

Рубрика: Информатика

Опубликовано в Молодой учёный №8 (19) август 2010 г.

Статья просмотрена: 340 раз

Библиографическое описание:

Ракова О. А. Компьютерная адаптивная обучающая система для диагностики обученности студентов // Молодой ученый. — 2010. — №8. Т. 1. — С. 169-175.

Проблеме подготовки кадров высшей квалификации в области информационных технологий в настоящее время уделяется особое внимание. При сохранении времени, отведенного на занятия, увеличивается объем информации, который должны усвоить студенты. Возрастает интенсивность занятий, которая в свою очередь, оказывает влияние и на систему образования, и, в частности, на систему преподавания технических дисциплин. Перед преподавателем возникает проблема, состоящая в противоречии между большим объемом информации, которую необходимо передать студенту, и ограниченностью во времени занятий, ограниченностью доступной литературы, способностью студентов к восприятию этой информации.

В настоящее время при обучении широко используются компьютерные технологии. Одним из самых главных преимуществ использования информационных технологий в учебном процессе является возможность индивидуализации обучения. Качественное преподавание характеризуется эффективным использованием таких педагогических средств воспитания, обучения и развития, которые адекватны индивидуальным особенностям учащихся и позволяют достигнуть поставленных образовательных целей. Ценность индивидуального подхода в том, что он основан на уважении личности обучающегося и дает возможность достигать принципиально более высокого уровня развития при обучении. Образование при использовании информационных технологий приобретает персонифицированный, ориентированный характер. Обучающийся становится основным, если не единственным субъектом образовательного процесса, а его главным элементом – не только знание, но и информация [1].

Наблюдения и специальные исследования показали, что предоставление обучающимся возможности самостоятельно управлять ходом учебного процесса оказывает положительное влияние на мотивацию и способствует лучшему усвоению материала.

В настоящее время, для интенсификации учебного процесса появляется много отдельных тестирующих и обучающих программ, а также разработаны различные оболочки, которые могут быть использованы для интеграции уже готовых курсов в единую систему, которая обеспечивает работу с электронной почтой, организацию дебатов/форумов/чата и т.д. Но, к сожалению, одним из недостатков этих систем является то, что они не позволяют организовать индивидуализацию, адаптацию к студенту, что значительно снижает эффективность обучения и, следовательно, качество программы. Этот недостаток устранен в компьютерных адаптивных системах обучения (КАСО). На наш взгляд, именно КАСО в той или иной степени учитывая индивидуальные особенности учащихся, предоставляют каждому из них возможность наиболее быстро и качественно получить новые знания. Такие системы могут эффективно использоваться как для проведения дистанционного обучения, так и для интеграции в традиционный (очный) учебный процесс.

Согласно определению Н.П. Капустина, адаптивной (от позднелатинского adaptatio – приспособление) называется «образовательная система, способная каждому ученику помочь достичь оптимального уровня интеллектуального развития в соответствии с его природными задатками и способностями. Обладая такими свойствами, как гибкость, полиструктурность, открытость, адаптивная образовательная система выводит обучаемого на более высокий потенциально возможный уровень развития, приспосабливая (адаптируя) его к своим требованиям»[2]. Таким образом, адаптивность – это свойство системы приспосабливаться к действиям пользователя, т.е. система изменяет свои параметры и структуру в зависимости от работы пользователя. В соответствии с классификацией, предложенной П.Л. Брусиловским [3], технологии адаптации делятся на две категории: во-первых, это адаптивное планирование обучения, во-вторых, – адаптивное представление информации и адаптивная навигация. В работе Л.В. Зайцевой [4] рассмотрены уровни адаптации в обучающих системах:

- адаптация к студентам как категории пользователей;

- адаптация к группе студентов;

- адаптация к отдельному студенту.

Первый уровень адаптации предусматривает адаптацию к каждой категории пользователей компьютерной системы обучения в зависимости от их потребностей и обычно реализуется созданием специального интерфейса для каждого класса пользователей. Такой подход характерен для любых компьютерных систем. В интеллектуальных обучающих системах учащемуся необходимо предоставить следующие возможности: обучение, проверка знаний, упражнения, помощь и справочная информация, вопросы преподавателю, конференции, студенческие форумы, электронные методические пособия, ввод комментариев по ходу занятия и др.

Адаптация к группе студентов обеспечивает адаптацию в зависимости от выбранной специальности, образовательной программы, возраста и психологической направленности личности. Этот уровень адаптации базируется, в первую очередь, на решении двух основных вопросов дидактики: «чему учить?» и «как учить?». Ответ на первый вопрос определяет цели обучения, т.е. объем необходимых знаний, умений и навыков и степень их освоения. Решение второго вопроса дидактики («как учить?») обуславливает выбор методов обучения, наиболее подходящих для группы учащихся, а также способов представления информации [4]. На выбор методов обучения и способов представления информации влияют как возраст обучаемого, так и его психологическая направленность личности (ориентация на себя, на задачу, на взаимодействие).

На третьем уровне достигается максимальная степень адаптации к учащемуся, т.к. он основан на учете личностных характеристик студента, его предшествующих и текущих знаний, умений и навыков, опыта, способностей и т.п. Именно этот уровень адаптации используется в разработанной нами КАСО.

Как известно, существует три основных вида адаптации: начальная, текущая и рубежная [5].

С помощью начальной адаптации можно установить психологические характеристики и общий уровень подготовленности обучаемого, которые в последствие помогут определить подходящие комментарии, пояснения и т.д. Рубежная адаптация выполняется по результатам выполнения конкретного этапа работы с системой. Текущая адаптация даёт возможность определить сценарий обучения для каждого студента, основываясь на его работу с системой. Очевидно, что этот вид адаптации позволяет достичь максимальной индивидуализации процесса обучения.

Так как все программные средства обучения, в первую очередь, служат задачам педагогики, то они должны подчиняться дидактическим закономерностям процесса познания. Современные требования к интеллектуальным обучающим системам с очевидностью доказывают необходимость включения в их состав модели обучаемого, имеющей в своей архитектуре не только познавательный, но и психофизиологический компонент.

Гипотетически для каждого обучаемого существует свой оптимальный набор методических воздействий, способствующих наиболее эффективной познавательной деятельности. Важной задачей любой интеллектуальной обучающей системы является выявление различий в восприятии, формировании представлений и усвоении знаний студентами, которые позволят наиболее эффективно управлять процессом обучения.

На основе выявленных различий осуществляется настройка сценария обучения, параметрами которого будут являться:

- стиль презентации учебного материала;

- стиль освоения материала (от общего к частному или от частного к общему);

- стиль помощи;

- формулировка заданий;

- подсказки и наводящие вопросы;

- длительность порций учебного материала;

- длительность сеансов тестирования;

- время окончания учебного сеанса;

- время предъявления контрольных заданий;

- время, отводимое обучаемому на решение задачи.[6]

Информационной базой для принятия решения о педагогических воздействиях является модель обучаемого (МО). Она содержит достаточно полную информацию об обучаемом: уровень его знаний, умений и навыков; способность к обучению; способность выполнения заданий (умеет ли он использовать полученную информацию); уровень мотивации и другие параметры. Модель студента динамична, т.е. изменяется в процессе прохождения курса, в ходе работы с системой. Главное ее назначение: хранение информации об обучаемом; отбор и анализ необходимых данных для последующей адаптации системы; оценка уровня знаний обучаемого.

Таким образом, МО в общем случае, хотя и необязательно, является вектором М = {М1, М2, М3, …, Мn} и может включать следующие компоненты, как правило, векторы: М1 – предыстория обучения; М2 – результаты текущей работы с курсом (тип выполненных заданий, время выполнения заданий и т.д.); М3 – личностные психологические характеристики (тип и направленность личности, мотивация, репрезентативная система, способность к обучению, уровень беспокойства-тревоги, особенности памяти и др.); М4 – опыт работы с компьютерной системой; М5 – общий уровень подготовленности и др. [7]

Для построения первоначальной МО в КАСО каждый студент-первокурсник должен пройти входное анкетирование. Анкета состоит из четырех основных блоков:

1.                  Вопросы общего характера для исследования контингента студентов, регистрируемых в КАСО, среди которых: наименование учебной группы; пол; состав семьи, средний доход на члена семьи, образование родителей, место жительства до поступления в вуз; последнее учебное заведение, которое окончил студент до поступления в вуз; наличие медали за отличную учебу в школе.

2.                  Вопросы, касающиеся знаний по дисциплине «Информатика», полученных в школе, такие как: изучалась ли в школе дисциплина «Информатика»; класс и технические характеристики ЭВМ, использовавшихся при изучении дисциплины «Информатика»; язык программирования, который изучали в школе.

3.                  Вопросы, характеризующие общий уровень подготовленности студентов к использованию в учебном процессе информационных технологий, среди которых: каким программным обеспечением владеете и уровень владения; какими языками программирования владеете и уровень владения; есть ли постоянный доступ к персональным компьютерам, если есть, то где (дома, у друзей, в Интернет-клубе, на работе у родителей, др.); наличие доступа к Интернет; какими носителями для переноса информации располагаете (см. рисунок 1)

4.                  Психофизиологический компонент (ПФК).

Вопросы первой части позволяют получить представление о социальном составе студентов, выяснить, где студенты получили полное общее среднее образование. Ответы на вопросы второй части дают представления о том, как изучалась информатика в школе и каким может быть средний уровень подготовки студентов в области информатики. Третий блок вопросов дает оценку технической базы, которой располагают студенты. Эта оценка важна для определения возможности самостоятельной работы студентов с учебными материалами по изучаемым дисциплинам. Четвертый блок – ПФК – включает минимально необходимый набор базовых характеристик, которые позволяют дифференцировать пользователей по ограниченному набору свойств, связанному с восприятием и переработкой учебной информации: мотивация к учению, работоспособность, восприятие информации, усидчивость.

Разработанное входное анкетирование позволяет получить первоначальную информацию об обучаемом, которая ложится в основу его индивидуальной модели. В процессе прохождения курса модель обучаемого изменяется и дополняется.

Построенная нами компьютерная адаптивная система обучения выполняет следующие задачи и функции:

- создание и обслуживание модели структуры ВУЗа, включающей схемы кафедра-преподаватель с одной стороны и специальность-поток-студент с другой;

- организация учебного плана;

- поддержка механизма аутентификации пользователей системы: студентов и преподавателей, – с помощью паролей;

- проведение входного анкетирования студента для построения его модели;

- определение показателей обученности студента с помощью регулярного промежуточного тестирования.

Взаимодействие пользователей: студентов, преподавателей и администратора, – осуществляется посредством соответствующих, одноименных модулей.

Модуль «Администратор» выполняет следующие функции:

- Обслуживание структуры ВУЗа: создание элементов, редактирование параметров и удаление. В качестве элементов выделены следующие атрибуты учебного процесса:

²   Дисциплины (самостоятельны, к ним посредством учебного плана привязаны специальности, потоки и преподаватель);

²   Кафедры (самостоятельны);

²   Преподаватели (принадлежат кафедре, по основной ставке);

²   Специальности (самостоятельны);

²   Потоки – год поступления (принадлежат специальности);

²   Студенты (принадлежат потоку).

- Обслуживание записей учебного плана (см. рисунок 1). Каждая запись в плане состоит из следующих полей:

²   Дисциплина;

²   Семестр;

²   Специальность;

²   Преподаватель.

Рисунок 1 – Учебный план

- Управление информацией для авторизации студентов и преподавателей. Аутентификация осуществляется посредством паролей. С помощью модуля «Администратор» выполняются следующие задачи:

²   Надежная шифровка паролей для хранения в БД;

²   Задание пароля для каждого пользователя путем прямого ввода;

²   Массовая генерация паролей для отмеченных пользователей, с выводом результатов генерации в электронной таблице Excel.

Модуль «Студент» выполняет следующие функции:

- Авторизация студента для работы с системой;

- Проведение входного анкетирования для построения модели студента. Среди вопросов анкеты выделяются следующие разделы:

²   Вопросы общего характера (пол, возраст, состав семьи и т.д.);

²   Вопросы, касающиеся знаний по дисциплине «Информатика», полученных в школе;

²   Вопросы, характеризующие общий уровень подготовленности к использованию в учебном процессе информационных технологий.

- Диагностика мотивации учения по разработанной методике;

- Проведение промежуточного тестирования по всем поддерживаемым дисциплинам для диагностики текущей обученности (см. рисунок 2).

Рисунок 2 – Результаты тестирования и рекомендации преподавателя

Модуль «Преподаватель» выполняет следующие функции:

- Авторизация преподавателя для фильтрации выводимой информации о дисциплинах, потоках и студентах;

- Обслуживание структуры дисциплины «лекция – тест».

- Визуальное представление модели отдельного студента, что помогает преподавателю формировать индивидуальный сценарий обучения (см. рисунок 3);

TeacherStudentModel

Рисунок 3 – Построенная модель студента

- Вывод требуемой информации о выбранном потоке студентов как в табличном, так и графическом видах с помощью диаграмм (см. рисунок 4). Это поможет преподавателю оценить степень усвоения конкретной темы лекционного курса и сделать необходимые корректирующие воздействия на программу обучения (см. рисунок 5).

ПреподСтатПоДисц

Рисунок 4 – Статистика усвоения по дисциплине

TeacherScenario

Рисунок 5 – Редактирования сценария обучения

Созданная КАСО была внедрена на кафедре и информационных технологий ДИТУД и апробирована преподавателями кафедры и студентами специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем».

Все студенты, участвовавшие в эксперименте, были занесены в базу данных, и для них были сгенерированы индивидуальные пароли. В результате прохождения входного анкетирования для каждого зарегистрированного студента в КАСО была сформирована карточка, содержащая общие сведения о студенте, его первоначальные знания по информатике, готовность к использованию информационных технологий при самообучении и установлен уровень мотивации к учению.

Благодаря полученным данным у преподавателя появилась возможность адаптивно управлять процессом обучения. Разработанная система предоставляет возможность преподавателю отслеживать динамику обученности студентов по мере изучения лекционного курса и выстраивать индивидуальный сценарий обучения как для каждого студента, так и для потока в целом. Как показал проведенный эксперимент, разработанная КАСО выполняет такие функции, как мотивационная, информационная, управления и оптимизации процесса обучения. Последняя позволяет достичь лучших результатов в обучении с наименьшей затратой сил и времени.

 

Литература:

1.                  Ильин Г. От педагогической парадигмы к образовательной // Высшее образование в России.– 2000. – № 1. – С. 64 – 69.

2.                  Капустин Н.П. Педагогические технологии адаптивной школы. – М.: Академия, 1999. – 216 с.

3.                  Брусиловский П.Л. Адаптивные обучающие системы в Word Wile Web: обзор имеющихся в распоряжении технологий//Авт. пер. на сайте http://ifets.ieee.org/russian/depository/WWWITS.html

4.                  Зайцева Л.В. Методы и модели адаптации к учащимся в системах компьютерного обучения// Educational Technology&Society 6(4) 2003. ISSN 1436-4522.-P.204-211.

5.                  Зайцева Л.В. От традиционного к дистанционному обучению. – Новый коллегиум. – №3, 2000, стр. 58-60.

6.                  Ахремчик О.Л., Филатова Н.А. Разработка и исследование программно-методического комплекса для построения ПФК модели обучаемого// Educational Technology&Society 7(1) 2004. ISSN 1436-4522.-P.182-197.

7.                  Zaitseva L., Boule C. Student models in Computer-based Education // Proceedings of the 3rd IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies. ICALT 2003. – Athens, Greece, 2003, p. 451.

Основные термины (генерируются автоматически): информационных технологий, общий уровень подготовленности, уровень адаптации, выбор методов обучения, уровень подготовленности обучаемого, модель обучаемого, процесса обучения, процессом обучения, учебного процесса, сценарий обучения, уровень мотивации, процессе прохождения курса, возможность индивидуализации обучения, уровень владения, уровень подготовленности студентов, уровня знаний обучаемого, индивидуализации процесса обучения, адаптивная система обучения, обученности студентов, способов представления информации.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос