автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Повышение эффективности автоматизированных обучающих систем за счет расширения функциональных возможностей и проблемной ориентации

ВВДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦВМ ДЛЯ СОЗДАНИЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ.

1.1. Обзор методов использования ЦВМ в учебном процессе.

1.2. Общая структура и требования к АОС.

1.3. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ОБОБЩЕННАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ.

2.1. Способы оценки эффективности АОС.

2.2. Параметры АОС и их классификация.

2.3. Дидактические показатели АОС.

2.4. Информационные показатели АОС.

2.5. Показатели программного обеспечения АОС.

2.6. Технико-экономические показатели АОС.

2.7. Технико-эксплуатационные показатели АОС.

2.8. Конструктивные показатели АОС.

2.9. Определение весовых коэффициентов групп показателей эффективности АОС.

2.10.Алгоритм определения обобщенной оценки эффективности АОС.

2.11.Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ ЗА СЧЕТ РАСШИРЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ.

3.1. Классификация способов повышения эффективности

3.2. Повышение эффективносии и расширение функциональных возможностей АОС за счет автоматической генерации учебных заданий.

3.3. Расширение функциональных возможностей АОС за счет использования эффективных методов ввода информации.

3.4. Повышение эффективности АОС за счет оперативного управления учебным процессом и прогнозирования результатов подготовки специалистов.

3.5. Повышение эффективности контроля знаний в условиях АОС за счет формирования равноценных контрольных заданий и использования специализированных контролирующих устройств.

3.6. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМ ЗА СЧЕТ ПРОБЛЕМНОЙ ОРИЕНТАЦИИ.

4.1. Анализ методов использования проблемно-ориентированных автоматизированных обучающих систем.

4.2. Анализ проблемно-ориентированных АОС для подготовки операторов телефонных коммутаторов, выявление недостатков и способы их устранения.

4.3. Структура проблемно-ориентированной АОС для подготовки операторов телефонных коммутаторов.

4.4. Результаты опытной эксплуатации и исследование потока поступающих заявок.

4.5. Выводы по главе 4.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

ЛИТЕРАШ>А.

Научно-технический прогресс и задачи дальнейшего улучшения качества работы во всех областях народного хозяйства, поставленные ХХУТ съездом КПСС и июньским Пленумом ЦК КПСС, вызывают необходимость совершенствования форм и методов подготовки специалистов. Одним из главных путей повышения качества их подготовки является широкое внедрение технических средств на всех уровнях образования. Среди этих средств наиболее перспективными являются цифровые вычислительные машины. Благодаря таким параметрам ЦВМ как большой объем памяти, высокая скорость обработки информации, развитый диалоговой режим, компактность и надежность, автоматизированные обучающие системы, построенные на их основе, обладают расширенными функциональными возможностями и решают ряд задач интенсификации и автоматизации обучения.

Создан ряд новых методов обучения, разрабатывается теория автоматизированных обучающих систем /АОС/, проводится их практическое внедрение, обосновывается эффективность применения ЦВМ в учебном процессе /Скиннер, Битцер, Скапердаз, А.И.Берг, В.М. Глушков, А.М.Довгяпло, А.Я.Савельев, Ю.Н.Кушелев и др./ Однако, выполненные исследования не решают всех проблем создания и внедрения АОС, в частности автоматизации творческих процессов при обучении и методов оценки эффективности АОС.

Целью данной диссертационной работы является исследование методов повышения эффективности АОС, ориентированных на применение в технических вузах, за счет расширения функциональных возможностей и проблемной ориентации посредством использования современных технических средств. В связи с этим в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

I, Анализ существующих методов и средств автоматизации обучения и выявления основных недостатков АОС, снижающих эффективность их применения.

2. Разработка специализированных вычислительных устройств для обучения, тренировки, и контроля знаний учащихся, устраняющих выявленные недостатки АОС,

3. Разработка комплекса алгоритмов и программ, расширяющих функциональные возможности АОС за счет автоматической генерации контрольных тестов, формирования равноценных учебных заданий, оперативного управления процессом обучения и прогнозирования качества подготовки специалистов.

В первой главе приведен анализ зарубежного и советского опыта использования ЭВМ в учебном процессе. Предложена обобщенная структура универсальной АОС и обоснованы основные требования к ее главным подсистемам.

Во второй главе на основе всестороннего анализа выявлены и классифицированы показатели эффективности АОС, даны методы их количественного определения. На основе экспертных оценок определены весовые коэффициенты значимости обобщенных показателей оценки эффективности АОС.

Третья глава посвящена исследованию методов повышения эффективности АОС за счет расширения функциональных возможностей аппаратного и программного обеспечения. Исследованы методы автоматической генерации контрольных тестов, формирования равноценных учебных заданий, оперативного управления учебным процессом и прогнозирования, использования специализированных вычислительных устройств для обучения и контроля знаний учащихся, ввода информации, позволяющие повысить объективность и достоверность контроля, сократить трудоемкость изготовления учебно-методического обеспечения АОС, улучшить качество подготовки специалистов, сократить аппаратурные затраты при реализации АОС.

В четвертой главе рассматриваются принципы построения адаптивной проблемно-ориентированной АОС для подготовки операторов телефонных коммутаторов, приводятся результаты опытной эксплуатации системы и определена точность моделирования реального объекта,

В приложении приведены распечатки отлаженных: программ, реализующих рассмотренные в диссертационной работе алгоритмы, форма листа для экспертного опроса, выборка из генеральной совокупности потока заявок, поступающих в проблемно-ориентированную АОС.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Структуры специализированных вычислительных устройств для обучения, тренировки и контроля знаний учащихся, отличающихся от известных схемной простотой, расширенными функциональными возможностями, адаптивностью, высокой точностью моделирования реальной обстановки и эффективностью.

2. Комплекс алгоритмов и программ, позволяющий автоматизировать не только рутинные, но и часть творческих работ при обучении в условиях АОС, а именно: генерацию тестов для контроля знаний, формирование равноценных учебных заданий, оперативное управление учебным процессом, прогнозирование качества подготовки специалистов.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы кафедры вычислительной техники Киевского политехнического института и тесно связана с работами по использованию ЦВМ для автоматизации обучения, контроля знаний и управления учебным процессом.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе всестороннего анализа выявлены и объединены в функционально-однородные группы показатели эффективности АОС и разработан алгоритм нахождения обобщенной оценки эффективности, позволяющий оценивать и сравнивать АОС различных типов как на стадии эксплуатации, так и на стадии .разработки и проектирования.

2. Разработан алгоритм и программная реализация для автоматической генерации учебных заданий на базе мик.ро-ЭВМ, обеспечивающий высокую степень индивидуализации, работающий в режиме диалога и не требующий предварительной подготовки пользователей для работы на ЭВМ.

3. Предложены и исследованы методы ввода информации, основанные на использовании "пространственного" кода и преобразовании информации посредством селекции части кодов, позволяющих сократить аппаратурные затраты при вводе данных и значительно улучшить достоверность контроля и эффективность обучающих программ.

4. Предложены методы и на их основе разработаны и защищены авторскими свидетельствами структуры устройств для обучения и контроля знаний, позволяющие .расширить функциональные возможности АОС за счет автоматической генерации учебных заданий, прогнозирования качества подготовки специалистов, определения параметров контрольных заданий и их учета при оценке знаний.

5. Предложен алгоритм формирования .равноценных контрольных заданий, позволяющий улучшить объективность контроля знаний и значительно сократить время формирования заданий.

6. Разработан комплекс программ, расширяющий функциональные возможности АСУ ВУЗ за счет оперативного управления учебным процессом на основе накопления разнообразных данных и формирования соответствующих выходных документов и .рекомендаций.

7. Разработана, экспериментально проверена и защищена авторским свидетельством проблеммно-ориентированная АОС для обучения операторов телефонных коммутаторов, позволяющая адаптировать учебный процесс к индивидуальным особенностям операторов, автоматически генерировать тренировочные ситуации, вводить эф-фкктивную обратную связь. Результаты ее опытной эксплуатации показали, что система задает тренировочные ситуации по случайному закону , равномерно распределяя их по отдельным каналам, а реальные условия работы оператора моделируются с высокой степенью точности.