автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Моделирование прогрессивных компьютерных технологий самостоятельного обучения

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЯКУСЕВМЧ ЮРІЙ ГЕННАДІЙОВИЧ

УДК 378.14:681.51:0075

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОГРЕСИВНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ САМОСТІЙНОГО НАВЧАННЯ

05.13.06. -Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Херсон -1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана при Херсонському державному технічному університеті та Ізмаїльському державному педагогічному інституті.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Гарбарчук Володимир

Іванович, директор Південного регіонального наукового центру Української академії інформатики.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Шаронова Наталія Валеріївна, Харківський гуманітарний інститут »Народна Українська академія», проректор по науковій праці;

кандидат технічних наук, професор Міхайліченко Олександр Олександрович, Одеська державна морська академія, декан факультету автоматики.

Провідна установа: Національний технічний університет (КГО) Міністерства

освіти України.

Захист відбудеться « 15» ^ 2000 р. о годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради К67.052.01 при Херсонському державному технічному університеті за адресою : 325008, м.Херсон, Бериславське шосе, 24 (З корп., ауд.320)

Автореферат розісланий « см »

хв

1999р.

Вчений секретар спеціалізованої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність геми. Процеси становлення суверенної держави висувають нові їмо пі до якості підготовка висококваліфікованих кадрів, що потребує широкого іроваджсння та безперервного розвитку прогресивних інформаційних технологій івчання; зокрема, дедалі актуальнішим стає вдосконалення моделей зворотнього ’язку при використанні комп’ютерних технологій, що обумовило вибрати напрям ішого дослідження. Систематичне висвітлення питань опису та дослідження оретичних основ і сучасних напрямків розвитку зворотнього зв’язку навчання. )дано у наукових працях Д. Андерсона, А. Барра, П.Л. Брусилсвського, Б. Вулфа, .М. Глушкова, Б.С. Гершунського, А.М. Довгялло, А.П.Єршова, О.В. Ібрагімова,

І. Машбіца, В.М. Попова, В.О. Петрушина, Д. Селфа, Д.Слімана О.Я. Савельева, Б. їйзера, В.Є.Ходакова та інших.

Проте велика кількість важливих питань моделювання інформаційного оротнього зв’язку не знайшли відбиття у науковій літературі або не розглядалися »всім: .

-недостатньо досліджені питання інформаційного обстеження та інформаційного зделювання підсистеми зворотнього зв’язку у процесі самостійного опрацювання івчального матеріалу з використанням комп’ютерних технологій;

- неповно досліджені задачі побудови моделей взаємного пристосування >ристувача та комп’ютерних технологій у процесі самостійного навчання, а також дачі інженерної психології в комп’ютеризованих навчальних технологіях;

- неглибоко досліджені моделі індивідуальних характеристик людини, що імостійно навчається ;

- недостатньо розвинуті підходи до використання інформаційних експертних істем у процесі самостійного вивчення основ наук.

Мста і задачі дослідження. Метою даної роботи є подальший розвиток :оретичних та прикладних питань комп’ютеризації навчальних технологій, що зизначені для підтримки процесів самостійного опрацювання навчального матеріалу метою підвищення ефективності засвоєння знань. Відповідно до цього у роботі оставлені наступні основні задачі: -розробка моделей взаємодії людини, що імостійио навчається, з інформаційними технологія,«.:!!:

- визначення місця комп’ютерних технологій в системі управління навчанням із юротнім зв’язком при самостійному вдосконаленні знань;

-моделювання комп’ютерних технологій самостійного навчання з використанням сспертних оболонок;

-реалізація індивідуальних предметно-незалежних способів взаємодії користувача комп’ютером; -

-експериментальна перевірка ефективності комп’ютерних технологій постійного навчання та встановлення закономірності по визначенню показників ісвоєння знань.

Зв’язок роботи з науковими програмами. Мета роботи та її основні задачі дповідають державним науково-технічним програмам, які сформульовані в Законі країни “Про наукову і науково- технічну діяльність” та в Законі України “Про

національну програму інформатизації”, а також планам провідних науково-техні1 робіт Міністерства освіти України, Херсонського державного технічного універси (тема БД 7/97).

Наукова гіпотеза. Показник засвоєння знань підвищиться, якщо в сис управління навчанням із зворотнім зв’язком буде застосовано запропоновані у д; дисертаційній роботі моделі та комп’ютерні інформаційні технології з використан екпертної оболонки для самостійного опрацювання навчального матеріалу.

Методи дослідження. При розв’язанні поставлених задач використані мет кібернетики, теоретичної інформатики, теорії прийняття рішень, теорії нечп множин, математичної статистики, когнітивної та інженерної психології.

Наукова цінність роботи полягає в наступному:

1.Проаналізовані організаційні моделі взаємодії людини, що навчається комп’ютерними технологіями навчання, та запропоновано метод використа експертних оболонок в контурі зворотнього зв’язку при самостійному опрацювс навчального матеріалу.

2.Побудовано модель взаємодії тих, хто навчається, з комп’ютерні технологіями, яка базується на інформаційних, професійних, психофізіологічі характеристиках.

3.Створено модель комп’ютерних технологій самостійного навчання використанням експертної проблемно-модульної системи на основі застосува; методології управління.

4. Розроблено метод визначення показника засвоєння знань в комп’ютері навчальних технологіях, який визначає оптимальний час навчання та прогно результати навчання.

5.Розроблено метод формування знань при самостійному навчанні використанням експертної оболонки РШ.ВТСЬА88.

Практичне значення результатів роботи. Результатом дисертаційної робот створення моделі комп’ютерного самостійного навчання, яка забезпечує ефективні процесу формування знань у всіх тих, хто здобуває знання самостійно та практичн застосування для розробки більш ефективних комп’ютерних технологій самостійж вивчення основ наук.

Практична реалізація запропонованої моделі дозволила суттєво покращі сприйняття навчальних текстів, що підвищило(до 20-30%) показник засвоєння знаї

Впровадження результатів дослідження. Основні висновки і рекоменда дослідження впроваджені та використовуються в навчально-виховному проц Ізмаїльського учбового центру Українського Дунайського пароплавства (довідка п впровадження №155 від 07.06.1998 року), Ізмаїльського технікуму економіки та пре (довідка про впровадження №48 від 01.06. 1998 року), Ізмаїльської загальноосвітні школи № 2 (довідка про впровадження №36 від 04.06. 1998 року), Ізмаїльське політехнічного ліцею (довідка про впровадження №87 від 03.06.1998року).

Апробація результатів дослідження. Основні положення, рекомендації результати дослідження доповідалися на міжнародній науково-практичі конференці'Г’Інформатика: теорія, технологія, техніка” (Одеса, 1996р.),

з

сеукраїнській науково-методичній конференції “Використання персональних ЕОМ у авчальному процесі вищих та середніх навчальних закладів” (м. Львів, 1996р.), на III і Національній науковій конференції-виставці “Інформатика: теорія, технологія, гхніка”- ІТТТ-97 (м. Луцьк, ) 997р.), на міжвузівській науково-методичній* знференції “ Актуальні проблеми розвитку творчої особистості в процесі вивчення атематики та інформатики” (м.Суми, 1997р.). Результати дослідження оговорювались на семінарах та засіданнях кафедр Херсонського державного гхнічного університету, Київського державного педагогічного університету ім. 'рагоманова, Волинського державного універсітету ім. Лесі Українки, Ізмаїльського ктитуту водного транспорту Української академії національного прогресу, думського, Житомирського, Одеського та Ізмаїльського педінститутів у продовж 995-1999 років.

Особистий внесок здобувача. Всі положення, що виносяться на захист, належать втору. З робіт, опублікованих у співавторстві, на захист виносяться тільки ті, що алежать автору.

Публікації. Результати виконаної дисертаційної роботи розкриті у 11 рукованих працях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, отирьох розділів і висновків, які викладені на 155 сторінках машинописного тексту, писку літературних джерел з 225 найменувань та додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовані актуальність та необхідність моделювання комп’ютерних ехнологій самостійного навчання, а саме: розробки моделі взаємодії людини з :очп’ютером та визначення місця комп’ютерних технологій в системі управління [авчанням із зворотнім зв’язком при самостійному вдосконаленні знань; розробки юделі комп’ютерних технологій самостійного навчання з використанням експертних іболонок. Подані мета та задачі, визначені предмет і межі дослідженя, показана іаукова новизна та практична цінність роботи.

В першому розділі дано аналіз проблеми комп’ютерних технологій амостінного навчання, розглянуто об’єкт дослідження та стан задач, що іосліджуються; проведено системний аналіз сучасного стану комп'ютерних •ехнологій навчання, організаційних моделей навчання та взаємодії людини з :омп’ютерними технологіями; обгрунтовано актуальність теми і задач досліджень, гоказано необхідність розробки з метою розв'яння цих задач спеціального нструментарію моделювання і оптимізації у вигляді науково-методологічних юложень, математичних моделей, комп’ютерних програм та методик їх іикористання.

Наведена оглядова характеристика специфіки взаємодії ланок у системі ‘виклаДач-комп’ютер-користувач”. Подано аналіз застосувань експертних систем в сомп’ютерних технологіях самостійного навчання, дистанційного навчання, нформаційного підходу до процесів навчання, взаємодії з INTERNET. Іроаналізовані основні типи організаційних моделей навчання.

В результаті аналізу сформульовано мету, поставлено задачі досліджє визначені межі дослідження.

В другому розділі розглядаються задачі моделювання взаємодії користувача комп’ютерних технологій у процесі самостійного навчання. У якості узагальненого го показника ефективності взаємодії людини з комп’ютером розглянуто функі вигляду:

Кі =К, (t, ZBX, ZBHT, Z„, 2Ф), (1

де аргументи функції представляють суть елементів моделі: t - інтервал часу, що охоплює повний цикл людини, що самостійно навчаєтьс використанням комп’ютера; Z= {gn , gc,g0,ga > g»n}- множини вхідних парамет які характеризують наступні вимоги; gn , gc - до процесу та середові функціонування моделі; gc - до технічних, програмних, інформаційних, аналітичі та інших засобів взаємодії користувача з комп’ютером; gj , gon - до взаємодії обслуговування користувачів у системі управління навчанням.

Z81II = { bj= z (t, D„, Dy, Da,)} - множини вихідних параметрів, які є показник! самостійної навчальної діяльності користувачів у системі управління навчанням; умови самостійної навчальної діяльності користувачів, склад і характер забезпеч« необхідного для їх роботи; D„ - процеси самостійної навчальної діяльні користувачів у системі управління навчанням із зворотнім зв’язком. Da = {Day ,Dae процеси пристосування користувачів до виконання своїх функцій за ум самостійної навчальної діяльності: ті що склалися- Day, а також ті, що здійснюю! при певній якості та відповідності можливостям і особливостям користувача ш засобів програмного забезпечення системи -Dao Z„ - характеристики особист користувача та класу користувачів, що розглядаються; - характерист предметної області самостійної навчальної діяльності користувача та поставле задач. .

Запропоновано використовувати в процесі моделювання зазначеної взаєм набори множин інформаційних, професійних та психофізіологічних характери« людини, що навчається. Модель користувача в загальному вигляді може t представлена при цьому як модель знань, де елементом є пара, що складаєте властивості та значення:

Gn(t)=:{(Go s-t, (pr(k),z pr(k)),... ,(ps(q),z ps(q))}, (

де Gtt s-t - найменування одного з узагальнених типів людини, що самості навчається; рг - найменування професійної k-ї характеристики людини, що самості навчається; ps - найменування q-ї психологічної характеристики людини, самостійно навчається; z - значення відповідних показників, що характериз} професійні або психологічні параметри.

Для опису моделі людини, що самостійно навчається, використаний та фреймовий підхід, згідно з яким фрейм тлумачиться як абстрактна модель даних подання стереотипного процесу.

Множина показників може бути подана за допомогою двох підмноз V={N1,N2,...,N„;M1,1VI2,...,M„}, де (Ni,N2,—,N„) - підмножина-набір інформації характеристик людини, що самостійно навчається; (Мі,М2,...,М„)- підмножина-н

[формаційних потоків. Кожна ІЧ„-та інформаційна характеристика може бути подана ункцією виду: ^=Г(/,8,\У,0,А,К), де Z-нaвички користувача (фізичні, моторні, інгвістичні) та методи розв’язання ним задач); Б-властивості особистості (творчі, "іроможність до навчання, уважність, стійкість до стресів тощо); \У-рівень ідготовки для роботи з системою; О-чинники відношення до системи (цілі, отивації, чекання); А-знання про прикладні галузі задач; К-інформаційний потік по -ій задачі; М може задаватися функцією вигляду: М=Г(М1',М2’, Мз\М4',), де М,'-іформаційиий потік об’єктів, що споживають інформацію; М2'-інформаційний потік ід об'єктів, що постачають інформацію; М3'-інформаційний потік від об’єктів знтролю і керування; М4'-інформаційний потік як результат роз’язку задач контролю і управління; Для забезпечення ефективної взаємодії у межах ланки "Корнстувач-амп’ютерні технології" необхідно встановити взаємну відповідність між наборами іачень елементів підмножини {N} та підмножини {М}, а також вибрати режим оботи системи, що відповідає здібностям людини, яка самостійно навчається, [одання моделі користувача у вигляді двох множин дозволяє врахувати індивідуальні собливості поведінки та питання пристосування. Набір інформаційних характеристик

о кожній групі користувачів повинен бути достатнім для опису їхніх інформаційних отреб. Тематика інформаційних потреб визначається видом діяльності людини, що амостійно навчається, та можливостями засобів взаємодії по інтепретації поновлювань. Перелік інформаційних потреб диктується сукупністю розв'язуваних ідач. а ступінь їх задоволення визначається тим, наскільки ефективно людина, що авчається, використовує можливості комп’ютерних технологій та наскільки у ідповідних програмних продуктах враховані її особливості.

Задача знаходження місця комп’ютера в системі управління навчанням озлядається крізь призму зростання коефіцієнта підсилення ланцюга зворотнього з’язку 33 (Ь).

При цьому навчання розлядасться як один із варіантів циклічного керування з аправленим потоком інформації. Типову модель циклічного керування в

h(t)

рис.1

В даній структурній схемі: КО -керувальний орган, J- об’єкт, h(t), g(t)- вхідна та ихідна дії: w(t) - сигнал неузгодження (дія, яка є функцією від h(t), g(0>); b -арактеристика ланцюга зворотнього зв’язку (коефіцієнт підсилення),завдяки чому на орівняльний елемент надходить в загальному випадку деяка функція вхідного нгналу; F(t)- сторонні непередбачувані збурення, що діють на систему. Для «еншення w(t) - сигналу неузгодження, а отже росту коефіцієнту підсилення (Ь),

розміщуємо комп’ютер в системі управління навчанням на ділянці зворотні зв’язку.

KO

m=

m(t) J

-ê(Û

R(t) і Інформаційнії

технології зз(ксн)

М

рис.2

Коефієціент підсилення (Ь) в процесі самостійного опрацювання навчалм матеріалу з зворотнім зв’язком комп’ютерних технологій самостійного навчання (ксн) описуємо як: b= b ( М, А, Р, О, D, К, R(t) ), де R(t)- комп’ютерний сиг неузгодження, при забезпеченні мети навчання (М), алгоритму процеса формува знань (А), та ресурсу часу, що відводиться для цього (Р), а також об’єкти перетворенню інформації (О), датчики інформації (D) і харахтеристики кінцеї користувача (К).

З метою урахування фактору наявності неповної, неточної та суб’єктні вхідної інформації запропоновано довизначати модель тих, хто самостійно навчаєт на основі нечіткого алгоритму із загальним r-м правилом у вигляді: mt ~(Г) mt ~(Г)

{(п(Л>„ )} ->(G<r) = P(r) (N);a(r)= П D*(nt)) С

N ={п,| ї = 1,К} - вектор вхідних числових параметрів людини, що самості отримує знання у процесі взаємодії з комп’ютерними технологіями.

(С,,..., С, .....Ск) - набір лінгвістичних змінних, що впроваджені до розгляду.

~{г)

Ос, - нечіткі змінні, значеннями яких є елементи терм-множин

лінгвістичних змінних С,та щодо яких сукупність елементів вигляду ~(г) ____

{Всі І г= сої^; І = 1,К}

визначає г -й нечіткий клас тих осіб, які самостійно навчаються, т, - познг встановлення нечіткої відповідності між певним значенням вхідного ЧИСЛОЕ параметру п, та конкретною нечіткою множиною

~(г)

Що визначається за допомогою функції належності т,; Р ( г * - мох пристосування ( деяка цільова функція ), яка відповідає г-ому нечіткому класу осіб, що самостійно навчаються. г 1 - набір вихідних параметрів, що зазначе

іелі Р(г *. а ■г 1 - нечітке вагове значення г- тої моделі пристосування людини щодо кого конкретного набору вхідних даних ( пь..., П|<), яке обчислюється для кожного

ііткого алгоритму як добуток локальних функцій ~ --------------

~(г)

належності нечітких множин

N - кількість правил нечіткого алгоритму, яка визначається за комбінаторними онами у відповідності до: а) кількості початкових параметрів К ; б) потужностей зжнн Т(С() лінгвістичних змінних С, ; в) обмежень на припустимість наявних .ібінацій вигляду:

~(г) ~(г)

Г) ь Виходячи з позначень, кінцевий результат одержуємо у вигляді :

= г(С( г \ а( ), де т. - деяка функція агрегації, вибір якої залежить від особливостей ікретної предметної галузі. Так, найчастіше маємо вираз наступного вигляду

С*=Еа(г)С|г)/ЕС(г)’ (4)

г г

де X є позначенням порогової суми.

Для реалізації запропонованих моделей взаємодії з метою ефективної діяльності с, хто навчається на основі інформаційних технологій за умов самостійного зацювання навчального матеріалу, є використанні^ навчальних програм у

здуктивно-творчій роботі по оволодінню темою і тими розділами дисципліни, які з’язані з нею. Запропонована автором програма, що налаштована на взаємодію з ип’ютерними технологіями при самостійному навчанні, складається з семи йлів, які можна змінювати відповідно до вибраної теми довільного навчального гдмету. Зміст файлів корегується за бажанням тих, хто самостійно навчається.

Програма взаємодії користувача з комп’ютерними технологіями забезпечує хонання теоретичних та практичних дій при самостійному опрацюванні ЗЧаЛЬЇіОГО МЗТсрІаЛу.

У третьому розділі розглядається задача моделювання комп’ютерних інологій самостійного навчання. Її розв’язання забезпечується на основі годології управління відповідною організацією алгоритму самостійним навчанням іалученням експертної проблемно-модульної системи, яка моделює характеристику їтура зворотнього зв’язку (Ь) ( коефіцієнта підсилення). У запропонованій до їгляду моделі (схема 1) по підвищенню коефіцієнта підсилення (Ь) той, хто ^чається, описується як “перетворювач” П° стану довкілля Б та навчальчої Ьормації Ні в його стані С:

С = П°(0, Н,) (5)

Управління Н= (Н1,Н2) об’єктом П° здійснює експертна проблемно-модульна ;тема (Еп-мС), яка генерує Н (навчання) за допомогою алгоритму навчання А, іаної мети навчання М, виділеного ресурсу Р, інформації Б] про стан довкілля та формації Сі про стан суб’єкта С: Н = А (М, Р, Сі).

Інформацію про стан довкілля, в якій знаходиться той, хто навчається, едставляє датчик Ов: Бі= Оп (О), а стан людини, що навчається, С визначається в

його відповідях Сі на поставлені питання Н2: Сі = Гм (С, Н2), де Гм - генерат відповідей того, хто навчається, на питання (Еп-мС). Тому той, хто навчаєтьі представляється у вигляді: У<П°, Гм>

Схема 1

И

п°

Експертна проблемно~модульна система (Еп-мС )

і

м

*

р

Реалізуються команди проблемного модуля за допомозі блоку насичені семантикою (БС), який трансформує команди Н в семантично змістовні порі навчальної інформації Ні та осмислені питання Н2. При цьому використовуємо баї навчаючої інформації БНІ, який містить також і задачі.

В даній схемі відображаються основні аспекти навчання, які визначаються мето М та навчальною інформацією І, які формує банк навчальної інформації БНІ, тобто:

В = <М,І> (6)

Система навчання характерезується двома факторами: У - кого вчити та В - чок вчити. Мета навчання М (як мета управління) може бути представлена у вигля системи:

Хі (Б,С)> <2, і=1...к

М: ^ ¥іф,С)=0,І=1...к (7

ТХ (В,С) —> тах, 1=1 ...к де, (^-показник засвоєння знань тих, хто навчається відповідно до встановлені вимог або критеріїв; Суть інших операторів виражається діями: Хі - показні засвоєння знань елемента (теми) і не повинен бути гіршим за відповідні вимоги; Уі показник засвоєння знань елемента (теми) ] повинен відповідати певним критеріяі 2Л - показник засвоєння знань елемента (теми) І має бути найкращим.

Навчальна інформація І представляє собою набір порцій інформації та тестів ш перевірки стану того, хто навчається, його рівня обізнаності, навченості і т„ Алгоритм навчання А (який моделює методику навчання в стандартній АНС) в цьо\-випадку повинен привести до швидкого досягнення мети навчання. Для цього відповідності з методологією управління необхідно мати модель об’єкта навчанн Си= ІГ(В,Н,) (8)

С

де ГГ - модель того, хто навчається. Маючи адекватну модель (Пт= П°) та іставляючи (7) в (6) при С=СШ отримуємо систему відносно того, що потрібно [іти тому, хто навчається П° Алгоритм навчання А, таким чином, зводиться до зв’язку оптимізаційної багагокритеріальної задачі у вигляді:

Та (І), Пш (ВДі,)) ->тах. ,1=1,....,к3

НієМ в обмеженнях:

Г Хі (р, їГ (В,Н,))> О, і=1...к

М: І

Алгоритм навчання А в цьому випадку є алгоритмом розв’язку -атокритеріальної задачі.Це має місце для випадку, поки відома модель об’єкта вчання ТІ". Але таке розглядається як частинний випадок у формуванні знань у оцесі самостійного опрацювання навчального матеріалу, що не дає можливості ігальнювати процес організації управління. ,

Отже, виникає задача синтезу адекватної моделі П"1 того, хто навчається П°, ' Дану задачу розв’язуємо через мінімізацію різниці реакції того, хто навчається та го моделі шляхом відповідного вибору параметрів _ цієї моделі. Вихідною формацією для цього слугують відповіді людини, яка навчається на питання, що рмуються експертною проблемно-модульною, системою. Будь-яка навчальна ;тема, а тому і система самостійного опрацювання навчального матеріалу працює в эх режимах: 1) подачі навчальної інформації І , яка передається до того, хто

зчається; 2) тестування, коли людина, що навчається відповідає на питання. Для юрення режиму роботи потрібно мати можливість оцінювати важливість першого ругого режимів. Тому введено два критерія. Перший характерезує близкість стану 'о, хто навчається до встановленої мети навчання М:

С) = уі(М, ІГ) (10), де функціонал уі характерезує степінь досягнення тими, хто зчається Ті" (його модель- Ш мети навчання М. Другий характерезує адекватність делі Пга до того, хто навчається П°

С2 = у2(ПтТІи), . .. (11)

де функціонал у2 визначає близкість відповіді того, хто навчається-С] = ГМ(С,Н2 ), іого моделі С'"=Гч(Ст ,112), на однакові запитання - Н2.

Задачу самостійного опрацювання навчального матеріалу на кожному (N-1«) щі можна записати у даному випадку у вигляді розв’язку двукритеріалької задачі Єі -»тіп і=1,2 , (12)

НєР*

де Рк - ресурс, який виділений на N-(1 крок самостійного навчання. Два критерія жна представити у вигляді одного :

С(Н)=теС,(Н)+ (1-те)С2(Н), (13)

де 0<те<1 - коефіцієнт згортання, який характерезує ступінь відносної важливості кимів. Вибір режиму визначається величиною приросту показника (12) при Н=Ні ) Н=Н2 а саме : ■

Ґ Н] при І те С^Н^І (1- те) Єг (Н2)| ,

Н: Н (14)

І Н2 при І те С,(Н,)<| (1- те) Є2 (Н2)| , де НІ ,Н2 є Р*

Таким чином вибирається той режим, який найбільш інтенсивно поню значення показника (12). '

Мета навчання М при цьому полягає в тому, що показник засвоєння знань повинен бути меншим заданого рівня відповідно до вимог. Якщо показник засвоєї знань <2*, а заданий рівень знань <2, то мета навчання

г о* ><2

М: т -Л 0

І Т„ тіп ,

де Тп-час, що витрачається на навчання.

Для забезпечення умови (15), розглянуто питання підвищення швидке засвоєння навчальної інформації тими, хто самостійно навчається. При сприйма інформації відбувається розбивка вхідного потоку даних на окремі порції. Кожном виділеному наборові даних відповідає поняття:

(С1,С2,СЗ,... ,Сп)->^1, ¿2, gЗ,... ^п), де Сі - набори даних; £І -поняття.

Інформаційний компонент комп’ютерних технологій подається у вигляді тею аналітичних викладок, графіків, малюнків. Виділення текстових одиниць, змістові зв'язків складає предмет аналізу тексту. При розгляді питання засвоєння інформ слід враховувати зв'язки окремих понять із контекстом:

ІЧг-»Ма-»Рг,

де ІЧг -ситуація до аналізу і функціонузання висловлення; Рг- ситуація пі аналізу висловлення Ма.

При формуванні знань людиною, що самостійно навчається, необхі враховувати, що швидкість засвоєння інформації є постійною тільки визнач© відрізок часу, після чого дається взнаки втома і відповідно до цього падає швидкі формування знань. При зростані потоку інформації час її перетворення і засвоєння

збільшується. При цьому У^ = у (16) - є прохідною здатністю людини

сприйманню та перетворенню нгзчальної інформації. У зв’язку з обмежені можливостями людини по сприйняттю і перетворенню навчальної інформ швидкість її надходження V не повинна перевищувати прохідну здатність людини, самостійно навчається. Ефективною умовою використання людиною комп’ютер технологій навчання є виконання умови:

У<Умд - (

При виконанні цієї умови прохідна здатність Улюд. забезпечує перетворе кількості інформації за час, що не є більшим ніж Тп.доп.

* =т <т

У, юд " Пдоп (

Якщо ця умова не забезпечується, то ускладнюється робота тих, хто самості навчається, і це призводить до помилок у процесі формування знань. У про самостійного опрацювання навчального матеріалу обробляється велика кільк інформації, що подається організаційною системою. Тому для дотримання умови доводиться шукати шляхи збільшення швидкості переробки інформації. А

ісягається за умови навченості та тренованості. Отже,час Тп зменшується при ільшенні ступеня навченості:

- Тп = (Т0 - Тосг) екі - Тост (18), де Т0 - час переробки інформації в початковий момент івчання; Тост- час переробки інформації при х—>со; т - час самостійного навчання; постійна навчання. Величина Тост обумовлена фізіологічними можливостями тих,

о самостійно навчається. При даному підході, пропонується метод прогресивного івчання, який дозволяє підвищити швидкість засвоєння інформації тими, хто імостійно працює з великими обсягами навчального матеріалу. Навчання ¡авізується за допомогою самої системи управління. Швидкість засвоєння формації людиною, що самостійно навчається, підвищується у випадку підготовки до характеру інформаційних повідомлень шляхом подання інформації у вигляді іючових слів тексту. Проведені експерименти довели, що час опрацювання формації при такому способі навчання скорочується не менше, ніж на (15-20)%

Для забезпечення ефективності виконання алгоритму самостійного навчання (8) іійснено оптимізацію інформаційних об’єктів банку навчальної інформації (БНІ) та [формаційного датчика Оп відповідно до моделі управління самостійним навчанням зворотнім зв’язком. Введено поняття інформаційного джерела, основними змпонентами якого відповідно до схеми комп’ютерних технологій самостійного звчання є:

- інформаційний датчик Оп, який "інформує про стан довкілля та відстежує стан атреб і інформаційні запити осіб, що навчаються, а також стан інформаційних іементів експертної проблемно-модульної системи;

- банк навчальної інформації (БНІ), який регулює на зазначеній основі розподіл і триймання інформації через блок семантики (БС), порції інформації Н, та Н2 , які ідіграють роль осмислених питань та навчальної допомоги.

Враховуючи фактор,що інформація може надходити як неповна і нестабільна то ля розв’язку даної задачі слід застосовувати елементи теорії нечітких множин, гжс, в основу розв’язання задачі покладена нечітка математична модель у вигляді:

В (0“, X, V, Г : Х~>У)

Через Бт у даній моделі позначено деякій інформаційний простір. Над іформаційним простором виділено: ___

X = { Х„ («1=1,II) & (V («1*0) (Х„ п Хо) )& (Ха = Х„( , Уа))}

- множину взаємно неперетинаючих ділянок інформаційного сприймання Хгі, ожна з яких характеризується компонентами: - носієм \¥(1 с О”1;

- інформаційним забезпеченням 1^, з урахуванням М - мети навчання, А -лгоритму навчання та виділеного для цього часового ресурсу- Р;

У(Уа є [0;!]) , є базовим елементом 1а і визначається за припустимими ідхиленнями від ідеального рівня інформаційного забезпечення (у°= 1).

Джерелу фі ставиться у відповідність множина ділянок інформаційного бслуговування, з якими він взаємодіє:

Сі={ Су 0=1 Д) &(І=С08І) &( Су= Су ( V« ,т,))}

Ділянка Су характерезується компонентами:

- рівнем інформаційного обслуговування ЛуОіуЄІО;!], ЩО розглядається у яко< показника наявних можливостей інформаційного обслуговування ділянки Су, та як; враховує неминучі відхилення від ідеальної норми (т)° =1);

- множиною вигляду:

V={Vu(i=l,N)&Ü=l,T)} де, V ц є позначенням для сукупності інформації, l характеризується топологією Су як ділянки інформаційного обслуговувані Наступним елементом моделі самостійного навчання є нечітке відбиття множи ділянок інформаційно-навчального сприймання , у сукупність інформації, і відповідає усій множині ділянок інформаційного обслуговування:

F:~X->V| о.Х X V->|0;1]

F з фукцією належності вигляду:

(Xd,Vy) = 5(R<i(i,j))оgiKi(i,j))/8(Су),

г

яка впроваджена з метою кількісного опису участі і-ro інформаційного джерелі обслуговуванні зони перетину ....

Rd(ij) = XdnCy. -

У наведеній формулі використані такі позначення:

5 - функція, яка повертає кількісну характеристику обсягу ділянки, зазначено якості її аргументу( у відповідності до тієї метрики, яка була визначена для просто Dm ); g - функція, яка формує за наявною інформацією V у та моделлю Id нечіт вагову оцінку зони перетину Rj (i,j); “0”- позначення композиції функцій.

Виходячи з чого, маємо наступний математичний вираз для визначення рів навчального інформаційного обслуговування зони перетину Rj (i,j) інформаційн: джерелом - cpt.

(d> /V Х.7 Ч

щ =ffl_ (Xd, VyjTjij

У відповідності до прийнятих позначень одержаний узагальнен

формалізований опис моделі у вигляді, який дозволяє застосувати загальноприйня' методи точного та наближеного пошуку розв’язків:

N М (к) '

£ XZ|U( —> min - цільова функція

і=і j-i

N T Qij (Iі

X £ (<a~(Xd,Vij) со1фиг2 (а, 2 ш ~(Xd ,Уи*) х sup {© r, pt}xll urt)) > yd

i=lj=lF 1=1 {r, p,} F {r,p,} {r,}

- обмежувальні умови.

(k>

де Zj . ресурсоємність; u, є {0,1}- булєва змінна, яка визначає доцільнії залучення до розгляду і-го інформаційного джерела; V^*- дублююча інформація,; виникає за умови існування таких індексів г, і р, (г, Ф і , pt ), що: Rj (i,j) n Rj i Pt) ^0

тобто відповідає множині:

Rd*(i,j) = Rd(i,j)r> ( U Rdir« р,))

{г„р,}------- ---------- ----- ------------ ------------

Q у -кількість позначених вище дублюючих зон перетину типу Rj (г„ р,)); а, -[слові вагові коефіцієнти; £, II - сума та добуток, що обчислюються за зазначеними .раметрами у відповідності до конкретних умов самостійного навчання.

Реалізація запропонованих моделей самостійного опрацювання навчального ітеріалу з метою підвищення ефективності сприймання інформації здійснюється за горитмом навчання (9) при мінімізації різниці реакцій тих, хто навчається, та його >делі на основі відповідей на питання з використанням експертної оболонки RSTCLASS.

Четвертий розділ присвячений експериментальній апробації запропонованої тором моделі комп’ютерних технологій самостійного навчання. Створена методика спериментального дослідження, яка полягає у введені критерію часу, за яким >жна було б порівнювати його витрати на засвоєння різного за обсягом та якістю вчального матеріалу. Таким критерієм ми обрали мінімальний час навчання (МЧН). інімальним часом навчання вважається такий час, який потрібний для одноразового риймання навчального матеріалу як традиційним методом, так і при використанні >делі комп’ютерної технології самостійного навчання. Оптимальним часом вчання (ОЧІІ) вважаємо час, потрібний для здобуття найкращих результатів.Потім :значили результати навчання, яких досягли ті, хто навчається, традиційним методом умовах мінімального часу, тобто після одноразового сприймання навчального ітеріалу. Всього було зздіяно 400 тнх, хто навчається , які були поділені відповідно

і рівня знань: В-високий, С-середній, Н-низький. Наступні 400 осіб, які також були іедставлені відповідно до рівня знань: В-високий, С-середній, Н-низький, - в умовах німального часу сприймали таку ж інформацію з використанням запропонованої >делі комп’ютерних технологій самостійного опрацювання навчального матеріал}', підсумками аналізу отриманих результатів (графік 1) встановлено закономірність, у подано у математичному вигляді:

Тотн= (І+К)*Тмчн, де Тоги . оптимальна тривалість навчання.Тмчн -німальний час навчання. К- коефіцієнт навчання для різних груп (високий рівень, редній рівень, низький рівень ).Коефіцієнт навчання для груп визначається за ітимальними умовами по Кондратову В.А.: високий рівнь знань К=Т .1-1.2 ; середній знь знань К=І.З-1.4; низький рівнем знань К=1.5-І.6.

Розроблений алгоритм по складанню бази знань для моделі комп’ютерних хнологій самостійного опрацювання навчального матеріалу. Рекомендації по користанню моделі ком’ютерних технологій самостійного навчання забезпечують іектившсть процесу формування знань у всіх тих, хто здобуває знання самостійно.

Розроблені програмні моделі впроваджені в навчальному процесі Ізмаїльського бового центру Українського Дунайського пароплавства (довідка про впровадження 155 від 07.06. 1998 року), Ізмаїльського технікуму економіки та права (довідка про ровадження №48 від 01.06.1998 року) Ізмаїльської загальноосвітньої школи № 2

Залежність показника засвоєння знань Пз (%) від тривалості навчання Т(хв )

рис.З

ша про впровадження №36 від 04.06. 1998 року), Ізмаїльського політехнічного > (довідка про впровадження №87 від 03.06.1998року).

ВИСНОВКИ

Дисертаційне дослідження присвячене вивченню і розробці моделей, методів та >ам прогресивних комп’ютерних технологій самостійного начання. У відності до цього результати роботи полягають у наступному: і. У результаті аналізу особливостей сучасних комп’ютерних технологій' іння запропонована концептуальна модель взаємодії людини, що самостійно іється, з комп’ютерними технологіями.

І. Побудовано модель взаємодії тих, хто навчається, з комп’ютерними шогіями, яка базується на інформаційних, професійних, психофізіологічних ггеристиках для підвищення ефективності функціонування взаємодії. Визначено

і комп’ютерним технологіям в системі управління навчанням із зворотнім ком. ’

3. Створена програма взаємодії користувача з комп’ютером на основі

дованої моделі, яка забезпечує ефективність формування знань при виконанні гтичних та практичних дій в процесі самостійного опрацювання навчального ріалу. . . .

4. Побудована модель комп’ютерних технологій самостійного' навчання" з ристанням експертної проблемно-модульної системи на основі застосування дології управління.

5.Виконано оптимізацію розташування інформаційних джерел на основі теорії гких множин.

6. Розроблено алгоритм підвищення коефіцієнта підсилення та розкриті пивості моделі комп’ютерних технологій самостійного навчання у підвищенні іивності формування знань для тих, хто самостійно навчається при використанні зівШТЕІШЕТ.

7.Розроблено метод самостійного формування знань при використанні ертної оболонки РЖБТСЬАЗЗ.

8. Виконано апробацію розробленої прогресивної моделі комп’ютерних ологій самостійного навчання в процесі формування знань.

9. Створено метод визначення оптимального часу навчання та показника зєння знань для комп’ютерних технологій самонавчання.

Довідки, акти та інші документи, що підтверджують результативність ртаційної роботи наведені в додатку.

РОБОТИ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Якусевич Ю.Г., Веселовська Г.В Моделювання прогресивних комп’ютерних ологій самостійного навчання // Вестник ХГТУ-Херсон, 1999, № 3(6), с.209-212.

2. Якусевич Ю.Г. Вплив нових інформаційних технологій на прогнозування ональності витрат часу у навчальному процесі // Науковий вісник ВДУ -Луцьк, г,№4, с.88-91.

3. Якусевич Ю.Г. Інформаційні технології як засіб організації прої самостійного навчання //Науковий вісник ІДПІ-Ізмаїл, 1998, №4, с.187-190.

4. Якусевич Ю.Г'. Комп’ютер як засіб підвищення ефективності навчанн

Науковий вісник ІДПІ- 1998, №4, с.191-193. .

5. Якусевич Ю.Г. Комп’ютерна технологія самостійного навчання // Наукс вісник “Перспективи“.-Одеса, 1999,№5, с.105-108.

6. Якусевич Ю.Г. Комп’ютер як засіб ефективного управління самостій навчанням //Наукові записки НПУ ім.Драгоманова.- Київ, 1998, с.67-70.

7. Якусевич Ю.Г. Інформаційні технології управління навчанням із зворот зв’язком. //Наукові записки НПУ ім.Драгоманова,- Київ, 1998, с.73-75.

8. Гарбарчук В.І., Якусевич Ю.Г. Комп’ютерні технології управління самостій навчанням // Матеріали науково-методичної конференції “Шляхи активіз пізнавальної діяльності тих, хто навчається в процесі підготовки військових фахіві ОІСВ-Одеса, 1999,,с.37-41.

9. Якусевич Ю.Г. Використання інформаційних технологій у навчальн процесі // Міжвузівська науково- практична конференція “ Актуальні пробл розвитку творчої особистості в процесі вивчення математики та інформатики”. - С3 1997, с.66-71.

10. Якусевич Ю.Г Ефективність застосування інформатизації// Віс Державного університету ’’Львівська політехніка”. - Львів, 1997, №2, с. 63-65.

11. Якусевич Ю.Г. Активізація, навчання в процесі самостійного навчанн Українське Придунав’я. 36. наукових праць(вип. другий).- Київ, 1997, с.87-92.

АНОТАЦІЯ

Якусевич Ю.Г. “Моделювання прогресивних комп’ютерних технол самостійного навчання”.

Дисертація, на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук спеціальності 05.13.06 - Автоматизовані системи управління і прогресі інформаційні технології. Херсонський державний технічний університет, 1999р.

Запропоновані і розроблені моделі, алгоритми та програми моделюва прогресивних комп’ютерних технологій самостійного навчання як доповне елементів теорії та практичного застосування в системі управління навчанняі зворотнім зв’язком. Досліджені особливості функціювання експертної проблеь модульної системи; визначені характерні особливості, умови організації управлі самостійним навчанням, умови оптимізації комп’ютерних технологій. ЗапропоноЕ метод визначення оптимального часу самостійного навчання та показника засвоє знань.

Ключові слова: моделювання, експертна оболонка, експертна проблен модульна система, людина, що навчається, автоматизована система управлії зворотній зв’язок, концептуальна модель, модель оптимізації, управління навчання зворотнім зв’язком.

АННОТАЦИЯ

Якусевич Ю.Г. “Моделирование прогрессивных компьютерных технологий ¡остоятельного обучения “. _ - ----- - ------

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по ¡циальности 05.13.06 - Автоматизированные системы управления и прогрессивные формационные технологии. Херсонский государственный технический 1верситет, Херсон, 1999г.

Предложены и разработаны модели, алгоритмы и программы моделирования агрессивных компьютерных технологий самостоятельного обучения как толнение элементов теории и практического применения в системе управления 'чения с обратной связью.

Разработана концептуальная модель взаимодействия тех, хю обучается с формационными технологиями. Развиваются модели на основе набора 1хофизиологических, профессиональных, информационных характеристик ювека, который самостоятельно приобретает знания, как модели интеллектуальной зеработки информации.

Рассмотрены вопросы увеличения скорости усвоения информации в процессе «>стоятельного приобретения знанний.

Предложен еффективный метод прогресивного обучения человека работающего с тьшими объемами обучающей информации. ’ ’ '

Обучение реализуется системой управления компьютерных технологий способом гдварительного представления информации тем, кто самостоятельно приобретает шия в ввиде ключевых слов (основных понятий). Скорость усвоения возростает не нее, чем на (15-20) %.

Формализировано технологию самостоятельной обработки обучающего гериала в системе управления обучением с обратной связью.

Разработаны модели оптимизации компьютерных технологий самостоятельного /чения в системе управления обучением с обратной связью.

Предложен алгоритм повышения коэффициента усваемости обучающей формации и раскрыты возможности компьютерных технологий самостоятельного /чения у повышении эффективности формирования знаний при использовании :дств ШТЕ1ШЕТ. ‘

Исследованы особенности функционирования экспертной проблемно-модульной :темы; определены характерные особенности, условия организации управления состоятельным обучением, условия оптимизации компьютерных технологий.

Предложен метод определения оптимального времени самостоятельного /чения и показателя усвоения знаний.

Приведены практические приложения результатов исследования. По теме :сертации опубликовано 11 научных работ.

ключевые слова: моделирование, эспертная оболочка, экспертная проблемно-

дульная система, человек, который обучается, автоматизированная система давления, обратная связь, концептуальная модель, модель оптимизации, управление учением с обратной связью.

The summary

Yakousevich Y.H. “ Modelling of the progressive computer tecnologies of independent education”.

Thesis on a competition of a scientific degree of the candidate of engineer sciences on a speciality 05.13.06 Automated control systems and progress information process engineerings”. The Kherson state engineering University, 1999.

The thesis to devolopment of models, methods and programs of the progress computer tecnologies of an independent education is devoted.

Models, algorythms and programs of modelling of the progressive compi tecnologies of an independent education to compliment the elements of the theory ; practical application in the control system of the education with the reverse connection offered and created.

Peculiarities of the expert and module system functions to reaiize models of computer technologies of an independent education are developed; specific features conditions of the organization of the control independent education, the conditions of optimum computer technologies, that effect an effectiveness in the formation of an indies of knowledges are developed. The method of the determination of the optimum time of independent education and an indicator of an assimilation of knowledges is offered, systi reverse connection, conceptual model, model for creating the optimum conditions, con by the education with

Key word; modelling, expert shedule, expert problem and module system, a man v studies, automated control the reverse connection.