Организация и стратегия обучения в автоматизированной информационной системе

Заключение. Таким образом, проведенный численный эксперимент не подтверждает, что максимальная погрешность интерполирования достаточно гладкой функции на отрезке [-1, l] интерполяционным полиномом будет минимальной, когда в качестве узлов интерполяции берутся корни полиномов Чебышева, как утверждается в [4]. Аналогичный результат наблюдался при вариации различных степеней полиномов Чебышева от n = 3,4, ...,21 и достаточно гладких функций разного вида и класса. Более того, построение полинома Лагранжа по системе узлов x i и ко-нечноразностных полиномов Ньютона и Гаусса с соответствующим заданием системы узлов z i

не выявляло преимуществ в погрешности интерполирования полиномом Лагранжа по чебышев-ской системе узлов по сравнению с более простыми по построению и в вычислительном отношении полиномами Ньютона и Гаусса. Описанные факты сохраняются при использовании вместо системы MathCAD на порядок более высокопроизводительной среды Delphi.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бахвалов, Н.С. Численные методы / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. - 4-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. - 636 с.

2. Бедарев, И.А. Численные методы решения инженерных задач в пакете MathCAD: учеб. пособие / И.А. Бедарев, О.Н. Белоусова, Н.Н. Федорова. - Новосибирск: СИБСТРИН, 2005. - 96 с.

3. Березин, И.С. Методы вычислений / И.С. Березин, Н.П. Жидков. - М.: Наука, 1966. - Т. 1. - 632 с.

4. Вержбицкий, В.М. Основы численных методов: учебник для вузов / В.М. Вержбицкий. - М.: Высш. шк., 2002. - 840 с.

5. Поршнев, С.В. Численные методы на базе MathCAD / С.В. Поршнев, И.В. Беленкова. - СПб.: БХВ - Петербург, 2005. - 464 с.

УДК 20.01.04 ББК 74.580.2

Н.И. Лященко

ОРГАНИЗАЦИЯ И СТРАТЕГИЯ ОБУЧЕНИЯ В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ

Аннотация. Эффективный образовательный информационный процесс в автоматизированной информационной системе происходит при оптимальной организации учебного курса, учебных воздействий, предоставления информации. Рассмотрим подробно организацию и построение стратегии обучения.

Ключевые слова: компьютер, обучение, система, программа, модель, обучаемый, образование, сеть, алгоритм, граф.

N.I. Lyaschenko

ORGANISATION AND TEACHING STRATEGIES IN AUTOMATED INFORMATION SYSTEM

Abstract. Effective educational information process in an automated information system occurs when the optimal organization of a training course, training effects, the provision of information. Consider in detail the organization and construction of learning strategies.

Key words: computer, learning, system, software, model, student, education, net, algorithm, graph.

Стратегия обучения в автоматизированной информационной системе - это направление обучения, нацеленное на достижение поставленной цели и реализацию информационного процесса. Другими словами, стратегия обучения в АИС представляет собой подсистему, которая следит за тем, каким образом и как часто проводятся те или иные процедуры обучения, по каким критериям будут отбираться методы и технологии, как будет строиться взаимодействие обучаемого с системой, какие единицы учебного материала и в какой последовательности будут участвовать в обучении и т.д.

Стратегия обучения состоит в построении адаптивной последовательности обучения как метода адаптации, т.е. обеспечение обучаемому наиболее подходящей планируемой индивидуаль-

ной последовательности обучающих воздействий для получения знаний и выполнения задач [2, 3]. Для реализации метода ставится задача построения оптимальной последовательности изучения учебного материала. Построение такой последовательности осуществляется на основании эталонной модели знаний обучаемого, в качестве которого используется ориентированный граф. Такой подход позволяет осуществить адаптацию к разным людям, в зависимости от специальности и программы обучения для освоения выбранной квалификации.

На основании построенных эталонных моделей знаний и компетенций определяется оптимальная последовательность изучения учебного материала, таким образом определяются сценарии обучения, контроля. Сформированная эталонная модель знаний обучаемого используется на всех уровнях и этапах обучения, так как она определяет сценарии и управляющие воздействия.

Стратегия обучения содержит в себе методы обучения, которые определяются на основе индивидуальности личности обучаемого (психологический портрет, уровень знаний, уровень владения профессиональными характеристиками компетенций и т.д.). Метод адаптивного представления информации это генерация наиболее подходящего учебного материала и его внешней формы представления обучаемому (рис. 1).

Аналогичным образом блоками стратегии определяется порядок подачи учебной информации и её корректировка.

Задача АИС состоит в создании возможности обучаемому самостоятельно приобретать новые знания, процесс обучения должен быть построен так, чтобы обучаемый мог без трудностей взаимодействовать с системой [1]. Достижение такого способа взаимодействия возможно, если стратегию обучения разрабатывать и корректировать для каждого сеанса и этапа обучения.

Выбор и формирование стратегии для каждого сеанса обучения основывается на данных следующих компонентов системы:

• психологический портрет личности обучаемого, показывающий, в какой форме нужно представлять учебную информацию;

• текущий уровень знаний обучаемого (модель обучаемого);

• эталонная модель знаний обучаемого;

• концептуально-деятельностная модель специалиста.

Рис. 1. Генерация в базе данных адаптивного представления информации

Оценочная стратегия обучения определяет текущий и итоговый контроль знаний обучаемого. На основании начального уровня знаний формируются первые стратегии процесса обучения, после прохождения сеанса обучения происходит текущий контроль знаний, который необходим, прежде всего, для получения информации о том, насколько эффективно происходит процесс обучения, грубо говоря, насколько увеличился уровень знаний обучаемого с момента предыдущего контроля. Текущий контроль очень важен при дальнейшем формировании стратегии обучения, он служит обратной связью процесса обучения, способствующей быстрой корректировке обучающих воздействий системы, повышая тем самым эффективность процесса обучения. Итоговый контроль используется в конце процесса обучения и служит для выявления общих результатов обучения.

Рис. 2. Формирование стратегии обучения в АИС

Формирование стратегии обучения происходит в несколько этапов (рис. 2). На первом этапе формирования традиционно происходит диагностика образования, обращение к сформированным компонентам модели обучаемого психологический портрет обучаемого, концептуально-деятель-ностный компонент. Второй этап связан непосредственно с формированием стратегии. Пройдя этап диагностики, система формирует варианты стратегий для каждого сеанса обучения. Из сформированных вариантов выбирается оптимальный. В случае сбоев в реализации выбранного варианта стратегии, т.е. несоответствия приобретенных знаний эталонным, предусмотрена корректировка стратегии. Также на данном этапе происходит формирование оценочной стратегии. После того, как стратегия сформирована, происходит следующий этап - соотнесение стратегии обучения с целью, в данном случае под целью понимается набор знаний, которые необходимо приобрести обучаемому (разбиты на порции учебной информации). Этот этап производит предварительную оценку эффективности разработанной стратегии для совершения одного шага к достижению цели. Финальным этапом рассматриваемого алгоритма служит непосредственная реализация стратегии. Данный алгоритм продолжается до тех пор, пока цель обучения не будет достигнута.

Чтобы реализовать управление обучением, необходимо рассмотреть все возможные варианты стратегии, сформированные на основании цели обучения, и выбрать оптимальный вариант.

Работа алгоритма по формированию оптимального варианта стратегии обучения представляет собой многокритериальную задачу, в основе решения которой лежит формирование вектора стратегий. Для решения этой задачи в АИС имеется функция ц>, которая из множества альтернатив стратегий выбирает оптимальный. Функция имеет вид: ^ = Ц)(Б, й),

где S = {$1,...,БП} - множество стратегий обучения, в виде упорядоченных подмножеств обучающих воздействий; D = - множество обучающих воздействий, каждое из которых состоит из d 2 - тип обучающего воздействия, d 1 - содержание воздействия.

Выбор происходит на основании совокупности параметров которые «накладываются» на множество X э - множество того учебного материала, который необходимо освоить обучаемому, это множество представляет собой семантическую сеть учебной информации. Параметры определяются набором: Ц) (а,р,у),

где а - параметр стилевой настройки, формируется на основании психологического портрета обучаемого и отвечает за выбор методики объяснения материала и стиля ее подачи обучаемому; р -параметр формулировки заданий на обучение и обучающих воздействий; у - временной параметр, отвечающий за время окончания учебного сеанса, длительность порций учебного материала, время тестирования и окончания процесса обучения.

В системе имеется конечное множество алгоритмов А = {а1,.,а8}, каждый из которых определяет, формирует и оптимизирует состав функции ^ = ф(Б,0). Из множества алгоритмов А, необходимо выбрать тот, который позволит реализовать процесс обучения, для качественного достижения цели обучения, т.е. определить из множества S = {Бь.--,БП} - S1 стратегию обучения.

Критерием выбора алгоритма а1 для реализации стратегии Б1, служит определение нескольких групп параметров ^ = ф (а, р, у) близких к параметрам, заложенным в алгоритм а1 - = = гр (а,р,у).

тр= -ф (а,р,у) —>гра. = гр (а,р,у).

тпх 1

Понятно, что выполнение условия Ц) (а,р,у) —фа- = Ф (а,Р,¥), невозможно из-за многокритериальности задачи обучения, поэтому выбор алгоритма а! происходит на основании максимального совпадения и близости данных параметров.

Данная процедура выбора алгоритма по формированию стратегии обучения происходит для каждого этапа обучения, т.е. для освоения учебной информации в рамках каждого сеанса обучения.

Группа параметров ^ определяет значение функции ^ = ф(Б,0) - индивидуальный путь прохождения обучаемого по графу знаний определенного эталонной моделью и способ представления вершин, таким образом, формируется маршрут индивидуального обучения.

Для начала осуществления процесса формирования стратегий обучения в АИС должны

быть:

• определена цель обучения;

• определены параметры, входящие в определение стратегии;

• построена семантическая сеть учебного материала.

Значение функции ^ = ф(Б,Б) представляет собой такой подграф !'э учебного материала, составленный в соответствии с индивидуальным стилем освоения, который состоит из вершин и дуг, определяющих маршрут выбранного стиля.

Данный подграф 7'эсостоит из подмножества вершин Хэ = {хэЬ..., хэп} - множество изучаемых тем в разделе RJ. Для каждой цепи Sэl из множества связей Уэ существует альтернатива, которая может быть реализована при внесении корректировки в стратегию обучения. При этом вводятся ограничения на составление нового подграфа 7.'э в нем не должно быть ребер предыдущего подграфа 2 'э, т.е. построенные множества цепей связей для этих подграфов учебного материала не имеют одинаковых ребер.

При прохождении обучаемым учебного материала по подграфу !'э не допускается смена стратегии и стиля обучения подграфа 7.'э, пока не произойдет целенаправленная корректировка стратегии. Необходимо отметить тот факт, что, если часть учебного материала, соответствующая подграфу 2 'э, была освоена по результатам текущего контроля, но не достигла нужно уровня приобретенных знаний, то при повторном обучении данные единицы учебного материала после корректировки стратегии не входят в состав подграфа 2 'э.

Описанная методика выбора и реализации стратегии обучения предполагает постоянное взаимодействие АИС с обучаемым и оказание на него учебных или иных видов воздействия. Рассмотрим алгоритм данного взаимодействия (рис. 3).

Рис. 3. Алгоритм взаимодействия АИС и обучаемого

В начале работы обучаемого и системы происходит авторизация пользователя, при первом сеансе это регистрация, при последующих сеансах - ввод индивидуального логина и пароля (рис. 4). Первый сеанс работы направлен на определение цели обучения, выбора квалификации, которую предстоит освоить, определение уровня знаний и их соответствие выбранной квалификации, диагностика и формирование психологического портрета личности обучаемого, выявления уровня сформированности профессиональных характеристик, характерных для квалификации, формирование и определение других видов параметров, необходимых для реализации процесса обучения.

Рис. 4. Скриншоты обучающей программы «АИС»

На основании произведенной оценки и значений параметров происходит определение стратегии обучения и выбор наиболее адаптивного интерфейса системы. После определения стратегии начинается процесс образования, в котором обучаемому предъявляются порции учебного материала и оказываются обучающие воздействия для их усвоения. На основании пройденного сеанса обучения осуществляется текущий контроль приобретенных знаний и сохранение результатов обучения. По результатам пройденного контроля выдается заключение о переходе на следующий сеанс обучения. В случае, если обучаемый не усвоил материал данного этапа, происходит либо корректировка обучения и повторный сеанс, либо завершение сеанса обучения.

Таким образом, разработанная методика взаимодействия обучаемого с АВС позволяет обучаемому качественно и эффективно получать новые знания, а системе выбирать наиболее индивидуальный, адаптивный путь обучения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Красильникова, В.А. К вопросам теории компьютерного обучения // Современные информационные технологии в науке, образовании и практике: сб. мат-лов ВППК. - Оренбург: Изд-во ОГУ, 2008.

2. Норенков, И.П. Синтез индивидуальных маршрутов обучения в онтологических обучающих системах / И.П. Норенков, Н.К. Соколов // Информационные технологии. - 2009. - № 3. - С. 74.

3. Соловов, А.В. Когнитивные аспекты мультимедиа в электронной поддержке обучения // Proceedings IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies. - Kazan, 2002.