СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ
METHOD OF REMOTE LEARNING

Изобретение относится к области технологий дистанционного обучения и подготовки специалистов для различных отраслей знаний и специальностей в условиях, когда контроль и коррекция процесса освоения предметной области не могут быть проведены непосредственно или существенно затруднены.
В настоящее время в качестве одной из основных проблем дистанционного обучения рассматривается принципиальная невозможность адаптации процесса обучения для каждого отдельного обучающегося. Это обусловлено тем, что составляемые программы и формы выдачи материалов, ориентированные на «среднего» обучающегося, имеют очень низкую эффективность, поскольку в системе дистанционного обучения отсутствует замкнутый контур управления.
Известны способы дистанционного обучения, основанные на формировании упорядоченного массива сигналов (в большинстве случаев двумерных) базы знаний, реализуемой на основе носителей (магнитные и оптические диски, ленты и аналогичных) или путем передачи по каналам связи, формировании массива сигналов контрольной базы вопросов-ответов и анализе сигналов ответов путем проверки их правильности, например, сравнением с эталоном (см., например, Материалы межрегионального семинара «Построение общероссийской системы оценки качества образования». М.: Рособрнадзор, Московский государственный открытый университет, 28-30 апреля 2005 г.; Полат Е.С., Петров А.Е. Общие требования к электронному учебнику, созданному на базе Интернет-технологий. - Российская Академия образования. Лаборатория дистанционного обучения. М.: РАН, 2007 и другие). Однако эти способы, ориентированные на массовое применение, не обеспечивают достоверного контроля уровня знаний и, что особенно важно, их мотивационного базиса. Поэтому эти методы не позволяют реализовать адаптивные процессы обучения, ориентированные на конкретного обучающегося со своей уникальной системой воззрений, методами ассоциативного восприятия и со своей уникальной базой знаний и специфическим способом формирования сигналов решения.
Известен способ дистанционного обучения, основанный на формировании упорядоченного массива сигналов базы знаний предметной области, размещаемый на носителях информации, на основании которой формируется упорядоченный массив сигналов базы контрольных вопросов-ответов, которые, по мере передачи сигналов базы знаний предметной области обучающемуся, параллельно с этим предлагаются обучающемуся и при получении сигналов правильных ответов обучающемуся предлагается новый фрагмент сигналов базы знаний, а при получении неправильных ответов предлагается снова текущий фрагмент базы знаний (см. Модель программирования деятельности и непрерывного образования педагогов школ: Сборник материалов организационно-деятельностной игры директоров проекта по преобразованию малокомплектных школ (ОДИ-48). - Красноярский краевой институт повышения квалификации работников образования, 2004, 73 с.).
При таком способе обучения образуется замкнутый контур управления обучающимся, образованный системой обучения, включающей базу знаний предметной области и подсистему контроля знаний по методу оценки количества правильных ответов на контрольные вопросы. Однако, наряду с отмеченными выше в отношении аналогов недостатками, этот способ требует для эффективной реализации участия человека в оценках «правильности» контрольных оценок. Кроме того, использование линейного метода управления выдачей фрагментов базы знаний не позволяет адаптировать этот способ под конкретный психологический тип обучающегося и на этой основе повысить его эффективность как метода дистанционного обучения. В этом смысле представляется предпочтительным использование нелинейных методов управления процессом обучения, которые должны реализовываться на основе принципов самоорганизующихся (синергетических) систем. Это в известных способах дистанционного обучения пока не используется.
Наиболее близким аналогом заявленного предложения является способ дистанционного обучения, заключающийся в формировании взаимно синхронизированных предметно ориентированного массива сигналов базы знаний и массива сигналов базы контрольных вопросов-ответов, проведении сеансов обучения и контроля, коррекции массивов сигналов баз знаний и контроля (патент RU №2197748, кл. G09B 5/14, 2003).
Техническим результатом изобретения является уменьшение времени освоения предметной области при дистанционном способе обучения за счет оптимизации процесса выдачи обучающемуся базовых фрагментов знаний в соответствии с его особенностями восприятия, реализуемое нелинейным контуром управления с обучающимся в качестве основного элемента.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе дистанционного обучения, заключающемся в формировании взаимно синхронизированных предметно ориентированного массива сигналов базы знаний и массива сигналов базы контрольных вопросов-ответов, проведении сеансов обучения и контроля, коррекции массивов сигналов баз знаний и контроля, согласно изобретению выборку сигналов фрагментов базы знаний и контрольной базы вопросов-ответов проводят на основе хаос-потока нелинейной динамической системы с параметрами управления, число которых равно числу фрагментов базы знаний и контрольной базы, а значение равно отношению числа неправильных ответов к числу правильных и корректируется на каждом фрагменте обучения, при этом процесс обучения, образованный нелинейной динамической системой, по мере повышения числа правильных ответов и обнуления значений параметров нелинейной динамической системы, переходит в линейный процесс обучения с оптимизированными процедурами выдачи фрагментов базы знаний, причем процесс дистанционного обучения повторяют до момента уменьшения значения параметров управления до уровня ниже заданного.
При этом в процессе обучения эта выборка проводится на основе хаос-последовательности сигналов выборки данных базы знаний, реализуемой на основе нелинейной динамической системы, число параметров управления которой равно числу фрагментов базы знаний, а величина каждого параметра управления равна отношению неправильных и правильных ответов на контрольные вопросы контрольной базы.
Нелинейная динамическая система может в простейшем случае представляться четырехполюсником, содержащим: устройство, решающее систему нелинейных дифференциальных уравнений, устройство формирования параметров (собственных чисел) этого уравнения и формирователь выходной последовательности сигнала (см., например, Handbook Of Applied Cryptography by A.Menez, P. Oorschot & S.Vanstone, доступен в электронном виде; Д. Рюэль. Случайность и хаос. Пер. с франц. Под ред. А.В. Борисова. М.: RXD, 2001, 192 с.).
В начальный момент обучения значения параметров управления максимальны и интенсивность (частота) выборки фрагментов базы знаний, передаваемых обучающемуся, также максимальна. По мере псевдохаотического процесса изучения отдельных фрагментов базы знаний обучающийся как бы управляет процессом обучения, выбирая на основе образованного нелинейного контура управления (см. фиг.1) оптимальную стратегию получения фрагментов знаний и освоения заданной части предметной области и таким образом образуется синергетическая система дистанционного обучения. После формирования сигналов ответов на текущий фрагмент базы знаний проводится коррекция параметров нелинейной динамической системы, которая изменяет значение параметра с номером, равным номеру фрагмента базы знаний на отношение числа неправильных ответов к числу правильных. Процесс обучения, образованный нелинейной динамической системой, постепенно по мере повышения числа правильных ответов и обнуления (или приближения к нулю) значений параметров динамической нелинейной системы переходит в линейный процесс обучения с оптимизированными процедурами выдачи фрагментов базы знаний. Этот процесс прекращается после обнуления (или уменьшения до величины, меньше заданной) параметров управления нелинейной динамической системой.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый способ основан на синтезе синергетической системы дистанционного обучения на основе нелинейной динамической системы, управляемой величиной отношения неправильных и правильных ответов на контрольные вопросы обучающимся, которые определяют основные характеристики процесса обучения, такие как частота выдачи и тип фрагментов базы знаний, период проверки их усвоения и период выдачи повторяющихся фрагментов базы знаний.
На фиг.1 представлена последовательность выполнения операций при реализации предложенного способа дистанционного обучения с самоорганизующимся потоком фрагментов базы знаний и контрольных вопросов.
На фиг.2 приведено изменение во времени величины отношения числа неправильных к числу правильных ответов (ось ординат) на вопросы контрольной базы в процессе типового учебного процесса длительностью 50 дней (ось абсцисс) при базе знаний, состоящей из 50 фрагментов. Каждая отдельная линия характеризует указанное отношение в отношении отдельного фрагмента. Несложно заметить, что длительность изучения отдельного фрагмента разная, но наименьшее значение указанного отношения наблюдается в начале процесса обучения, когда идет настройка системы, и в конце, когда курс практически освоен.
На фиг.3 приведена зависимость изменения во времени разницы между числом неправильных и правильных ответов (ось ординат) с течением времени (ось абсцисс). Нетрудно заметить, что максимальная разница приходится на самый интенсивный отрезок изучения курса.
На фиг.4 представлена оценка уровня знаний (ось ординат) у группы, проходившей дистанционное обучение по известной традиционной схеме (прямая линия), и у группы, обучавшейся по предложенному методу в течение 50 дней (ось абсцисс). Несложно заметить, что в начальный период освоение знаний по предложенному способу проходит медленнее, но затем, после примерно третьей части начинает интенсивно опережать его и, в конечном итоге, примерно на одну треть позволяет сократить общее время обучения. Это, в общем-то, и следовало ожидать от систем с нелинейным управлением, они по сравнению с линейными системами, конечно, имеют более высокую эффективность.
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ дистанционного обучения, включающий выборку сигналов фрагментов баз знаний и контрольной базы вопросов-ответов на основе хаос-потока нелинейной динамической системы с параметрами управления, число которых равно числу фрагментов базы знаний и контрольной базы, а значение равно отношению числа неправильных ответов к числу правильных и корректируется на каждом фрагменте обучения, при этом процесс дистанционного обучения повторяется до момента уменьшения значения параметров управления до уровня ниже заданного.
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку заявляемая совокупность известных операций приводит к новому положительному эффекту, заключающемуся в уменьшении примерно на 25-30% времени освоения предметной области при дистанционном обучении. Кроме того, из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что положительный эффект, образуемый заявленной последовательностью операций, не является суммой технических компонентов, каждый из которых отдельно не решает поставленной задачи.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации не требуется разработка принципиально новых технологий или оборудования, а его реализация может быть проведена в рамкам существующих комплексов дистанционного обучения, выполненных на основе стандартного мультимедийного оборудования или компьютеров.