автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Моделирование адаптивной системы дистанционного обучения и контроля знаний

ВВЕДЕНИЕ.

1 ДИСТАНЦИОННАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ КАК ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Предмет исследования.

1.2 Структура компьютеризированной системы Дистанционного Обучения.

1.3 Показатели эффективности системы.

1.4 Требования к подсистемам контроля знаний компьютеризированной системы дистанционного обучения.

1.5 Постановка цели и задач исследования.

1.6 Выводы по главе.

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ.

2.1 Анализ существующих математических моделей.

2.2 Функциональная модель КС ДО.

2.3 Математическая модель КСДО.

2.4 Построение эффективных систем дистанционного обучения.

2.5 Выводы по главе.

3 ПОСТРОЕНИЕ ПОДСИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ В КСДО.

3.1 Концептуальная модель контроля знаний.

3.2 Обзор существующих методов контроля знаний.

3.3 Тестовые методы контроля знаний.

3.3.1 Классический метод обработки результатов тестирования.

3.3.2 Латентно-структурный анализ.

3.4. Задача синтеза теста.

3.5 Тестовое задание как измеритель.

3.6 Оценка минимальной длины линейного теста.

3.7 Адаптивные методы контроля знаний.

3.9. Выводы по главе.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ.

4.1 Математическая модель комплекса для имитационного моделирование подсистемы адаптивного контроля знаний.

4.2 Система для имитационного моделирования подсистемы адаптивного контроля знаний.

4.2.1 Получение грубой оценки знаний.

4.2.2 Оценка уровня знаний.

4.2.3 Уточняющий опрос.

4.2.4 Остановка процедуры адаптивного тестирования.

4.2.5 Выбор заданий из банка.

4.2.6. Моделирование испытуемого.

4.3 Исследование адаптивной системы контроля знаний средствами имитационного моделирования.

4.4 Эксперимент по сопоставлению бланкового и компьютерного адаптивного тестирования.

4.5 Выводы по главе.

В настоящее время существенно возрастает роль образования взрослых в жизни общества. Стремительные изменения сфер профессиональной деятельности, технических средств и технологий требуют от человека постоянного обновления багажа знаний.

Быстрое развитие сети негосударственных образовательных учреждений, осуществляющих подготовку по различным профессиональным образовательных программам, и устойчивый рост конкурса в государственных ВУЗах, осуществляющих подготовку по заочной системе обучения, свидетельствуют о настоятельной потребности в создании новых и совершенствования уже имеющихся образовательных систем такого рода.

Одним из самых эффективных решений являются системы дистанционного обучения. При их использовании обучаемый (получатель знаний) имеет возможность изучать материал в необходимом объеме, в индивидуальном и наиболее удобном темпе.

Дополнительным стимулом к развитию таких систем служат современные достижения информационных технологий, благодаря которым повышается информативность и интерактивность процесса обучения (гипертекстовое представление, мультимедиа). Кроме того, накоплено большое количество баз данных по самым разным предметным областям, и появилась новая информационная среда и средство доступа к информации - Интернет.

В литературе применяют следующее определение системы Дистанционного Обучения (Д0)[40]:

Дистанционное обучение представляет собой целенаправленный интерактивный, асинхронный процесс взаимодействия субъектов и объектов обучения между собой и со средствами обучения, причем процесс обучения индифферентен к их пространственному расположению. Образовательный процесс проходит в специфической педагогической системе, элементами которой являются подсистемы:

- система целей обучения,

- система содержания обучения,

- система методов обучения,

- система средств обучения,

- система организационных форм обучения,

- идентификационно-контрольная система,

- учебно-материальная система,

- финансово-экономическая система,

- нормативно-правовая система,

- маркетинговая система.

Так как основой для создания систем дистанционного обучения стали системы заочного и вечернего образования, большинство существующих систем ДО являются лишь некоторой разновидностью обычного заочного обучения. [40] Практическая работа идет далеко впереди теоретического обоснования в данной области, что приводит к созданию большого количества неэффективных систем дистанционного образования, дублированию ошибок и, в конечном итоге, к потере большого количества инвестиций и частичной дискредитации идеи.

В современных системах дистанционного обучения общение происходит посредством компьютера. И если для получения учебной информации могут использоваться другие источники информации, то процедуры текущего и итогового тестирования используют только компьютерные методы.

Снижение затрат времени на проведение контроля знаний позволяет не только более эффективно перераспределить время в пользу непосредственно процесса обучения, но и снизить эксплуатационные расходы и уменьшить влияние излучения монитора на ученика.

В настоящее время разработка теории построения системы дистанционного обучения не завершена.

При анализе систем дистанционного обучения приходиться опираться на работы, посвященные рассмотрению теории обучения, построения автоматизированных систем контроля, анализа телекоммуникационных систем.

Так в работах [5,12,13,16,17,28,47] рассмотрены модели, описывающие процесс обучения в целом. Однако они не позволяют учесть характеристики телекоммуникационных и компьютерных средств, используемых для построения современных систем дистанционного обучения.

В работах [2,33,51,53,74] показаны преимущества тестовых методов для построения подсистем контроля знаний с использованием компьютерных технологий. Имеющиеся интересные отечественные исследования в области тестового контроля знаний [27,29,50] также демонстрируют их эффективность, хотя предлагаемые оригинальные разработки не имеют универсального применения и имеют больше теоретическую значимость.

Наличие большого количества различных по виду и типу тестовых методов контроля уровня знаний ставит вопрос о выборе метода, наиболее эффективного для систем дистанционного обучения.

Поэтому для построения эффективных систем дистанционного обучения весьма актуальной является задача разработки методов построения систем контроля знаний, позволяющих сократить время, затрачиваемое на его проведение.

Главную цель исследований данной работы можно сформулировать следующим образом: разработка и исследование математической модели системы дистанционного обучения, применяющей адаптивные процедуры текущего и итогового контроля знаний, с целью повышения эффективности системы дистанционного обучения.

Для достижения этой цели необходимо четко определить современную систему дистанционного обучения, построить ее математическую модель, ввести критерии эффективности для системы дистанционного обучения и подсистемы контроля знаний, рассмотреть вопросы выбора оптимальных методов контроля знаний для систем ДО, определить требования к процедуре контроля.

В первой главе предлагаемого исследования постулируются требования к системе дистанционного обучения, вводятся показатели эффективности функционирования системы дистанционного обучения и дается определение оптимальной системы дистанционного обучения.

Исходя из этих предпосылок, определяются требования к подсистеме контроля качества знаний и определяются задачи исследования.

Во второй главе строится модель системы дистанционного обучения, использующая различные модели описания процесса обучения. Для построения математических моделей используются аппарат теории графов, теории массового обслуживания и теории управления. На основе использования этих моделей предлагаются подходы к построению эффективных систем дистанционного обучения и систем контроля знаний.

В третьей главе рассматриваются вопросы построения эффективных систем контроля знаний: строится концептуальная модель системы контроля знаний, определяется эффективность различных методов контроля знаний, выводится расширенная математическая модель адаптивного тестирования, а так же условия построения эффективной системы адаптивного контроля знаний.

В четвертой главе представлены результаты имитационного моделирования системы адаптивного тестирования, позволяющие определить эффективные математические методы обработки адаптивных тестов. В этой же главе приведены результаты эксперимента по сравнению оценок уровня знаний выпускников школ по биологии, полученных с использованием стандартного бланкового и компьютерного адаптивного тестирования.

Результаты работы служат основой для создания компьютеризированной системы дистанционного обучения и совершенствования методов компьютерного контроля знаний. Введенный критерий эффективности систем дистанционного обучения может использоваться и при сравнении эффективности различных вариантов построения учбных курсов.

Научные результаты исследования были опубликованы в сборниках работ Исследовательского центра проблем качества подготовки специалистов (1997, 1998), выносились на обсуждение на конференциях «Чебоксары, 1995»; «Телематика-97»; «Современные технологии обучения», 1998, в докладах на научных конференциях в рамках Дней Науки в НовГУ (Новгород, 1995), (Новгород, 1996), (Новгород, 1997).

Все научные и практические результаты получены автором самостоятельно.

Дальнейшее направление исследований может идти в следующих направлениях: дальнейшей детализации математической модели системы КСДО в целях оценки структуры знаний обучаемых; разработки методов шкалирования при использовании гетерогенных тестов; разработки математических методов анализа смысла текста, что позволит более точно оценивать знания при использовании тестовых заданий в открытой форме.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении сформулируем положения, определяющие научные и практические результаты работы. Научные результаты работы:

• предложена математическая модель компьютерной системы дистанционного обучения и введены критерии оптимальности КСДО.

• создана математическая модель подсистемы контроля знаний и обоснован выбор метода контроля знаний для КСДО.

• разработана математическая модель адаптивного тестового метода контроля знаний, на основе которой решена задача синтеза теста, минимизирующего время измерения.

Основные практические результаты состоят в следующем:

• создана экспериментальная система адаптивного контроля знаний на основании результатов имитационного моделирования.

• проведен эксперимент по сопоставлению результатов оценки знаний с использованием бланкового и адаптивного компьютерного тестирования, подтвердивший правильность основных теоретических результатов.

Правильность основных теоретических выводов, полученных в диссертационном исследовании, подтверждена экспериментами по оценке знаний одних и тех же испытуемых с использованием линейного бланкового теста и при адаптивном тестировании.

1. Аванесов B.C. Научные проблемы тестового контроля знаний. -М.: Исследовательский центр подготовки специалистов. 1994

2. Аванасов B.C. Теоретические основы разработок заданий в тестовой форме. М.: Исследовательский центр подготовки специалистов. - 1995

3. Аванесов B.C. Основы научной организации педагогического контроля в высшей школе. М. -1989

4. Аванесов B.C. Форма тестовых заданий. М.: Исследовательский центр Д 991

5. Авчухова Р.Э. Некоторые модельные представления при исследовании системы управления процесса обучения. Диссерт. канд. тех. наук. Рига- 1974

6. Анастази А. Психологическое тестирование. М.: Педагогика. -1982.-320 с.

7. Андреев А. О подходе к построению эффективной системы дистанционного обучения. Всероссийская научно-методологическая конференция «Телематика-97». Тезисы докладов.-Санкт-Петербург, 1997

8. Андреев А.С. Андреев С.С. О подходе к анализу эффективности системы дистанционного обучения. Международная конференция «Современные технологии обучения» Тезисы доклада. Санкт-Петербург 1998

9. Андреев А.С., Андреев С.С. Исследование алгоритмов адаптивного тестирования. Тезисы доклада. Квалиметрия человека и образования. Методология и практика. Проблемы создания комплексного мониторинга качества образования в России. VI симпозиум,М.,1997

10. Андреев А.С., Емельянов Г.М. Определение критерия эффективности подсистемы контроля знаний КСДО. Тезисы доклада. Восьмая научная конференция преподавателей, аспирантов и студентов. Научное издание. Великий Новгород: НовГУ, 2001

11. Архангельский С.И. Учебный процесс в высшей школе, его закономерные основы и методы. М. Высшая школа, 1980, 368с

12. Аткинсон Р., Бауэр Г., Кротерс Э. Введение в математическую теорию обучения. М.-1969.-486с.14