Система адаптивного довузовского обучения

Инновации в образовании Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2009, № 2, с. 32-37

УДК 004.415.535

СИСТЕМА АДАПТИВНОГО ДОВУЗОВСКОГО ОБУЧЕНИЯ © 2009 г. М.Н. Рыжкова

Муромский институт Владимирского госуниверситета masmash@mail.ru

Поступила в редакцию 26.12.2008

Рассматриваются основные принципы построения информационных систем на примере системы адаптивного обучения для довузовского образования.

Ключевые слова: адаптивное обучение, информационная система, проектирование, обучение физике, довузовское образование.

На сегодня адаптация - одно из наиболее развивающихся направлений в системах электронной поддержки обучения. Именно системы с адаптацией наиболее полно отражают и воссоздают процесс обучения под контролем преподавателя - индивидуального репетитора. Поэтому исследования и разработка компьютерных обучающих систем сегодня направлены именно на внедрение интеллектуальных методов адаптации в электронные системы обучения.

Анализ современных систем обучения с элементами адаптации показал, что в мире наиболее распространены такие системы, как ELM-ART и InterBook. Среди российских систем наиболее известны «Телетестинг», ГЕКАДЕМ, Maintest3, Testor. Особенностью этих адаптивных систем является то, что они все доступны в среде Интернет, а следовательно, предназначены в первую очередь для самостоятельного обучения. Это очень удобно обучаемым, имеющим постоянный доступ в Интернет. Однако лишь немногие из перечисленных систем могут использоваться преподавателями в работе, поскольку уже наполнены материалами (системы выполнены для конкретных целей, снабжены учебными материалами по той или иной дисциплине и доступны в первую очередь учащимся в данном учебном заведении). Чаще всего использование таких систем для организации авторских учебных курсов является дорогостоящим и не позволяет подстраивать системы под требования конкретного преподавателя. Создание авторского электронного учебного курса является достаточно затратным с точки зрения интеллектуальных (команды авторов, сценаристов, редакторов, программистов и т.д.) и денежных ресурсов (20-30 тыс. долларов), при этом высока вероятность того, что при создании не будут учтены все потребности автора (порой изменяющиеся в процессе работы). Кроме того, в дальнейшем

совершенствовать полученную «под ключ» систему самостоятельно автор не сможет. Поэтому логично напрашивается необходимость разработки системы, которая бы удовлетворяла всем требованиям автора (содержала все элементы курса, позволяла бы редактировать курс и добавлять новые материалы) и обладала возможностями индивидуализации учебного материала, положенного в основу системы, под конкретного обучаемого. Кроме того, необходимо, чтобы система была проста в обращении, не требовала дополнительного программного обеспечения и была доступна как в сети Интернет, так и в локальном режиме работы.

Наиболее простым способом внедрения элементов адаптации в процесс обучения является построение информационно-обучающей системы в виде электронного учебника. Электронный учебник (ЭУ) - это информационная система (программная реализация) комплексного назначения, обеспечивающая посредством единой компьютерной программы, без обращения к бумажным носителям информации, реализацию дидактических возможностей средств ИКТ во всех звеньях дидактического цикла процесса обучения [1]:

• постановку познавательной задачи;

• предъявление содержания учебного материала;

• организацию применения первично полученных знаний (организацию деятельности по выполнению отдельных заданий, в результате которой происходит формирование научных знаний);

• обратную связь, контроль деятельности учащихся;

• организацию подготовки к дальнейшей учебной деятельности (задание ориентиров для самообразования, для чтения дополнительной литературы).

Урогёеаь ттореркностг*

А-" ,.1 .'..I .нп', .. ць4

=1 ш

— £ -у

У жкжь их ¿г,-: ы

Г

В" МК и 1-. 1-П1-1-. ЬМ 1 Н|Ч' 41 1-1

Н^^ри* мни ННС-г

4 ЧЪПат-Л ННЙ

а

3

С1Н 1 К1: пен

Уроьшь итц,' кгуры

В

£5В

Уровень рамок

1. Режим обучения

- обучение теории

- обучение решению задач

- предоставление справочного материала

- тестирование

2. Режим тестирования

- тестирование

- предоставление справочного материала

Уровень стратегии

Цели разработчиков:

1. Предоставление теоретического материала для индивидуального обучения

2. Предоставление возможности проверить свои знания

3. Предоставление возможности для обучения решению задач

4. Предоставление справочных материалов для облегчения обучения и работы с материалом

Нужды пользователя:

1. Изучить (повторить, углубить) теоретический курс

2. Проверить знания

3. Научиться решать задачи

4. Получить дополнительные знания

I

О

т

I

¥ е

о т

ь

а.

С

ю п*

Рис. 1. Структурная модель системы адаптивного обучения

Структурирование системы в процессе разработки подразумевает разбиение на уровни, каждый из которых разрабатывается последователь-

но и базируется на требованиях, определенных предыдущим уровнем. Как один из вариантов структурирования системы предлагается вариант,

разработанный Джесси Гарреттом [2]. Гарретт предлагает использовать 5 последовательных уровней при разработке системы (рис. 1):

1. Уровень стратегии - уровень, на котором описываются цели и задачи системы, то есть что хочет дать разработчик и что получит обучаемый.

2. Уровень рамок - подробное описание набора функций программы, которые определяют наполнение сайта.

3. Уровень структуры - определяется, как система будет реагировать на те или иные действия пользователя (интерактивный дизайн), а также как материалы будут располагаться относительно друг друга в системе (информационная архитектура).

4. Уровень схемы - определяются информационный дизайн системы, то есть представление информации с целью наилучшего ее восприятия; дизайн интерфейса, то есть наиболее удобное для пользователя расположение элементов интерфейса; дизайн навигации, то есть элементы страниц, облегчающие пользователям перемещение по информационной структуре системы.

5. Уровень поверхности - визуальный дизайн или внешний вид конечного продукта.

Для системы адаптивного обучения характерна та же структура. На рис. 2 приведена структурная схема системы.

Последовательно проходя все этапы, можно получить готовую систему, которая удовлетворяет всем задачам, поставленным перед ней изначально. Следование данной структуре позволяет сэкономить затраты на доработку системы, подстраи-вание системы под начальные требования, что иногда означает полную переработку системы.

В соответствии с приведенными выше требованиями была разработана адаптивная система обучения для довузовского образования АСОДО [3], построенная на учебном пособии [4] (рис. 3).

Система АСОДО предлагает на выбор один из двух режимов работы:

1. Тестирование: позволяет проводить индивидуальное оценивание качества знаний обучаемого по результатам изучения темы, раздела, курса физики. Может использоваться независи-

мо от учебного пособия, в качестве средства проверки знаний в 10-11-х классах общеобразовательной школы, на курсах довузовской подготовки, младших курсах вуза.

2. Обучение: позволяет последовательно пройти весь курс общей физики, сопровождается тестированием и физическим практикумом. Пособие состоит из трех основных разделов: «Пособие», «Тестирование», «Статистика».

Раздел «Пособие» содержит:

- Оглавление в соответствии с базовым учебным пособием.

- Текст пособия, построенный по адаптивному алгоритму. Текст основан на учебном пособии по общей физике, выпущенном на кафедре физики Муромского института Владимирского государственного университета. В соответствии с уровнем, определенным входным контролем, система выдает материал последовательно, начиная с первого параграфа первой главы. Обучаемый не может перейти к следующей теме до тех пор, пока на изучит материал предыдущей и не пройдет промежуточное тестирование. Между параграфами в теме есть несколько тестовых заданий «Проверь себя», которые можно пройти в качестве тренировки и подготовки к промежуточному тесту. Однако это не обязательно, и в пределах темы можно свободно перемещаться, нажимая кнопки «К предыдущему параграфу», «К следующему параграфу», «Наверх». Текстовое пособие содержит 5 уровней сложности (табл.).

Установленный входным тестом уровень знаний по теме сохраняется на протяжении всего обучения, обучаемый не может самостоятельно менять уровень сложности материала.

- Физический практикум содержит примеры решения задач различного уровня сложности, а также наборы задач с ответами для самостоятельной тренировки.

- Глоссарий содержит определения основных физических понятий.

- Формулы - основные физические законы, формулы.

- Справочные таблицы - физические константы, таблицы перевода единиц различных систем и другие справочные материалы.

Таблица

Уровень Баллы по входному тесту Уровень знаний Уровень обучения

1-й уровень 0-2 Новичок Элементарные понятия

2-й уровень 3-4 Базовый Базовые понятия

3-й уровень 5-6 Средний Основной курс

4-й уровень 7-8 Сложный Основной курс с элементами взаимосвязи с другими темами

5-й уровень 9-10 Повышенной сложности Основной курс с элементами углубленных знаний

Вспомогательные

материалы

Режим обучения

статистика

Вспомогательные

материалы

Справочные

материалы

статистика

Вспомогател ьные

материалы

Глоссарий

2

статистика

Вспомогательные

материалы

Статистика

статистика

Вспомогательные

материалы

Входная

страница

5

статистика

Вспомогател ьные

материалы

Практикум

статистика

Вспомогательные материалы

меню Входное

статистика

Вспомогательные материалы

меню Обучение

статистика

Вспомогател ьные материалы Вспомогательные материалы

Контроль меню Обучение

статистика статистика

Вспомогательные материалы

меню Режим тестирования

статистика

Вспомогательные материалы

меню Тестирование

статистика

Вспомогательные

материалы

2 Промежуточное

статистика

Вспомогательные материалы

меню Итоговое

статистика

Вспомогательные материалы

меню Завершение обучения

статистика

Рис. 2. Схема системы на структурном уровне

Рис. 3. Электронное учебное пособие АСОДО

Раздел «Тестирование» имеет следующую структуру.

- Входной тест - проходится обучаемым перед началом обучения, представляет собой стандартные наборы различных тестовых заданий по всему курсу физики, после начала обучения раздел недоступен; каждое новое задание будет появляться после нажатия кнопки «Далее». Если возникает затруднение с ответом на данный вопрос, можно перейти к следующему вопросу, а потом вернуться к предыдущему. В любой момент можно прервать тестирование и возобновить его через некоторое время, нажав в меню пункт «Продолжить». Время тестирования не ограничивается. Результаты входного тестирования будут рассматриваться как исходный уровень знаний для дальнейшего обучения.

Результаты тестирования отображаются в графическом виде в нижней части окна, светлый график - эталонная модель, то есть тот уровень, который соответствует 100-процентным знаниям, темный график - уровень обучаемого.

Подробно с результатами теста можно ознакомиться на страничке «Статистика».

- Промежуточный тест - содержит тестовые задания, которые необходимо выполнить для того, чтобы перейти от одного раздела физики к другому. Промежуточное тестирование доступно только для той темы, которую обучаемый изучает или закончил изучать; в любой момент изучения темы можно пройти промежуточное тестирование. По окончании изучения раздела промежуточное тестирование проводится обязательно. Оно показывает, насколько полно был усвоен данный раздел. Если результаты тестирования удовлетворительны, то можно переходить к следующему разделу. Если нет, то рекомендуется изучить раздел с начала и/или заново пройти промежуточное тестирование. Тестирование осуществляется по адаптивному алгоритму. Можно задать первоначальный уровень сложности теста, иначе сложность первого задания будет установлена автоматически исходя из начального уровня обучения по данному разделу. Подробно с результатами теста можно ознакомиться на страничке «Статистика».

Список промежуточных тестов:

1. Тест по разделу «Кинематика».

2. Тест по разделу «Динамика».

3. Тест по разделу «Электрические явления».

4. Тест по разделу «Электромагнитные явления».

5. Тест по разделу «Колебания и волны».

6. Тест по разделу «Световые явления».

7. Тест по разделу «Молекулярная физика».

8. Тест по разделу «Тепловые явления».

9. Тест по разделу «Теория относительности».

10. Тест по разделу «Атомная физика».

- Аттестационный тест - проводится по окончании всего курса, хотя доступ к нему свободный в течение всего времени обучения. Тест построен по адаптивной технологии, начальный уровень тестовых заданий либо устанавливается автоматически исходя из уровня по входному тестированию, либо может задаваться самим обучаемым. Результаты аттестационного тестирования, так же как и входного, отображаются графически внизу окна (синий график) по сравнению с эталонными результатами (желтый график). Результаты тестирования можно просмотреть на странице «Статистика».

- Продолжить тест - обучаемый может прервать проверку знаний в любой момент, данный раздел содержит информацию о последнем неоконченном тестировании и позволяет продолжить тест с места его прерывания. Приводится список пройденных тестов, каждый уже пройденный тест можно пройти заново на более высоком/низком уровне. Кроме того, приводится список незавершенных тестов.

Раздел «Статистика» содержит информацию статистического характера: результаты входного тестирования, время работы с пособием, пройденные темы и т.д. Результаты входного тестирования отображаются в виде графика по сравнению с эталонными знаниями. Этот график доступен и в главном окне.

Кроме того, система содержит разделы «Помощь» и «О программе». В первом приводятся алгоритмы работы с пособием, условные обозначения и т.д.; в разделе «О программе», кроме справки по программе, приводятся известные ошибки и способы их исправления при работе, вопросы и ответы по программе, информация о разработчиках, а также информация о связи с авторами и преподавателями.

В режиме «Проверка знаний» проводится только тестирование по темам (например, на уроках в качестве самостоятельных или контрольных работ), а итоговое тестирование может служить входным тестированием для режима «Учебное пособие».

Для подтверждения эффективности адаптивного учебного пособия по физике для довузовского образования проводилась его апробация учениками школ г. Мурома и студентами 1-го курса Муромского института Владимирского государственного университета.

Для оценки эффективности адаптивного учебного пособия был использован аналитиче-

ский коэффициент - относительный коэффициент качества обучения:

K - K

Ту вых вх

кп = -

к

к вых

Коэффициент качества знаний перед началом обучения:

Квх = Г! ^ + Т ^ + Тз ^ + т4 ^ + Т5 вх 1N N N N N

здесьТ1...Т5 - мера трудности задания 1-го... 5-го уровней соответственно, п1...п5 - количество учащихся, решающих задачи 1-го...5-го уровней соответственно. После прохождения обучения по индивидуальной траектории снова проводится оценка качества знаний: определяется коэффициент Квых. Если относительный коэффициент качества обучения больше 0, то обучение считается эффективным. Чем больше относительный коэффициент качества, тем эффективнее учебное пособие для обучения. Максимальный коэффициент равен 1.

В результате апробации получен относительный коэффициент качества обучения, равный 0.125. Это означает, что обучение с помощью адаптивного учебного пособия по физике для довузовского образования является результативным, что подтверждает эффективность разработанной системы.

Локальное адаптивное учебное пособие предназначено в первую очередь для самостоятельного обучения физике, для подготовки к сдаче вы-

пускных экзаменов, вступительных экзаменов по физике в вузы, проверки и корректировки знаний перед ЕГЭ. Используя его, учащийся получает гибкую систему индивидуального обучения, объективный контроль знаний, удобное расписание занятий, простой пользовательский интерфейс, постоянную помощь по работе с пособием как в самой системе, так и через Интернет в режиме он-лайн и офф-лайн, регулярное обновление баз задач и тестовых заданий через Интернет. Кроме того, пособие является универсальным, может быть легко дополнено новыми компонентами и материалами, а также может использоваться для организации адаптивного курса по любым дисциплинам.

Список литературы

1. Толковый словарь терминов понятийного аппарата информатизации образования. М.: ИИО РАО, 2006. 88 с.

2. Гарретт Д.Д. Элементы разработки вебсайтов. 2003 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.webmascon.com/topics/designgeneral/18a.asp.

3. Рыжкова М.Н. Адаптивная обучающая система для довузовского образования // Тезисы докладов научно-методической школы-семинара по проблеме «Физика в системе инженерного и педагогического образования стран ЕврАзЭС». Москва. 2008 г. / Под ред. проф. Г.Г. Спирина. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2008. С. 287-289.

4. Ан А.Ф., Самохин А.В. Основы современной физики: Учеб. пособие. Муром: Изд.-полиграфи-ческий центр МИ ВлГУ, 2008. 165 с.

INFORMATION SYSTEM FOR PRE-UNIVERSITY ADAPTIVE EDUCATION

M.N. Ryzhkova

Main principles and stages of constructing of information systems for educational purposes are considered. The adaptive training system ASODO is considered as an example of such systems.

Keywords: adaptive education, information system, design, teaching physics, pre-university education.