автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Системы управления и диагностики учебной деятельности по конструированию пространственных объектов

На правах рукописи

ШАДРИН ИГОРЬ ВЛАДИМИРОВИЧ

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ДИАГНОСТИКИ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (информатика, вычислительная техника и управление)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ии^452878

Красноярск 2008

003452878

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева»

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцент

Дьячук Павел Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Доррер Георгий Алексеевич кандидат технических наук, доцент Усачев Александр Владимирович

Ведущая организация: Алтайский государственный

технический университет им. И.И. Ползу нова, г. Барнаул

Защита состоится « 5 » декабря 2008 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.099.06 при Сибирском федеральном университете по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26, ауд. УЛК-1-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО СФУ по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26, ауд. Г-2-74.

Отзывы по реферату направлять по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26, ауд. УЛК-3-19, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.099.06 Цареву Роману Юрьевичу.

Автореферат разослан « 3 » ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент

^fy/' Царев Р.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В современном обществе наряду с накоплением эмпирических данных в различных областях знаний наблюдается качественный рост теоретических исследований, который выражается в изменении самой парадигмы их проведения. В научной литературе часто встречаются такие понятия, как «качественные изменения», «развитие», «самоорганизация», с помощью которых описывают многообразие меняющегося мира. Изменения коснулись и теории обучения, а с развитием кибернетики и информационных технологий, основанных на применении компьютеров в обучении, обнаружились общие проблемы, и методология их решения подвигла к новому пониманию проблемы управления учебной деятельностью и ее диагностики.

Среди подходов к проблеме управления учебно-познавательной деятельностью на основе средств ИКТ наиболее интересен подход к проблеме обучения, который был предложен Гордоном Паском и развит профессором Растригиным JI.A. Отношения между обучаемым и обучающим рассматриваются как отношения между объектом управления и управляющим устройством, что позволяет применять в обучении методы теории управления.

Современные достижения теории искусственного интеллекта, кибернетики, управления нелинейными системами, психодиагностики и др. позволяют создавать эффективные компьютерные программы для применения в процессе обучения - от различных тестовых оболочек до автоматизированных распределенных обучающих систем. Протоколирование деятельности используется для адаптации программных комплексов к особенностям обучаемого с использованием специально разработанных моделей.

Описанные в литературе (Растригин JI.A., Кудрявцев В.Б., Ковалев И.В., Доррер А.Г., Усачев А.В.) адаптивные компьютерные обучающие системы призваны передать обучаемому предусмотренный объем информации, т.е. организовать, как указывает Беспалько В.П., сообщающее обучение. При таком подходе к управлению процессом обучения основную часть учебной информации обучаемый получает вследствие рецепции, а не продуцирования информации. Априори полагается, что обучаемый ориентирован на достижение целей обучающей системы и является объектом управления. В системах, построенных на принципах, изложенных Растригиным JI.A., представляющих наиболее развитые комплексы, хотя и происходит адаптация к индивидуальным параметрам пользователя, но возникает проблема создания адекватных моделей обучаемого. От точности совпадения параметров модели и оригинала (обучаемого) зависят качество и эффективность управления процессом обучения. ''

Однако систему «обучающий - обучаемый» необходимо рассматривать, как активную, то есть систему, в которой обучаемый обладает свойством активности, в том числе свободой выбора своего состояния. Помимо возможности выбора состояния обучаемый обладает собственными интересами ^

и предпочтениями, то есть осуществляет выбор состояния целенаправленно, с учетом обстоятельств конкретной ситуации, специфических условий, в которых он оказался. В связи с этим поиск адекватных параметров модели обучаемого еще более затруднен.

От обучаемого - объекта необходимо перейти к обучающемуся -субъекту и проводить управление и диагностику его деятельности в процессе научения решению задач. Такому переходу соответствуют компьютерные системы управления, которые можно определить как динамические информационные системы управления (ДИСУ) учебной деятельностью обучающихся (развивающихся субъектов), поскольку они реализуют свою целевую функцию на основе информации о динамике изменений учебной деятельности в процессе научения решению задач или проблем. Цель функционирования ДИСУ состоит в содействии обучающимся формированию структуры деятельности, позволяющей последним реализовать функцию по решению задач или проблем данного типа в конкретной предметной области. Это отвечает современным представлением о развивающихся системах (Моисеев И.Н., Айламазян А.К., Хакен Г., Шмальгаузен И.И., Лапко A.B. и др.). Такой подход означает, что продуцирование информации обучающимся происходит на основе собственного опыта взаимодействия с окружающим миром. Это предполагает наличие поисковой активности обучающегося как субъекта и, как следствие, отношение к обучающемуся как к активному агенту, производящему поиск решения проблемы в пространстве учебных ситуаций.

Особый интерес представляет деятельность, связанная с решением пространственных задач. Диагностика деятельности по конструированию пространственных объектов имеет большое значение для коррекции качества подготовки будущих инженеров, так как специфика инженерной профессии требует хорошо развитой функции воображения и зрительного синтеза, предоставляющей человеку возможность строить новые объекты в сознании. Именно этот вид зрительного синтеза осуществляют инженеры, работая над новыми проектами. При этом конечные результаты работы воображения и непосредственного восприятия эквивалентны.

Инженерная профессия направлена на преобразование реальной действительности. Если в процессе работы над проектом инженер не в состоянии «увидеть» все возможные последствия своих конструкторских решений, а увидит их после фактической реализации, то, как минимум, это приведет к неоправданным экономическим потерям. Поэтому проблема развития и диагностики способностей студентов инженерных специальностей технических вузов к конструированию пространственных объектов в воображении является актуальной и важной с точки зрения как будущей профессии, так и корректировки способов организации учебного процесса.

Как следует из теорий научения, обучающиеся решению пространственных задач могут осуществлять учебную деятельность либо преимущественно в виде мысленных манипуляций (преобразований) модели задачи, либо путем проб и ошибок. В первом случае учебная деятельность осуществляется с опорой на внутренний контекст (используется метод

наблюдения или самонаблюдение), во втором - с опорой на внешний контекст или фактические реакции среды. Возможная недостаточность уровня развития базовых когнитивных функций мозга (БКФМ) обучающихся, к которым относятся дифференцировка, распознавание, направленное внимание, скорость обработки информации, оперативная память, обусловливает, как правило, второй путь научения.

Динамика самоорганизации учебной деятельности обучающегося существенно зависит от уровня развития БКФМ, диагностика которого связана с нейрофизиологическими обследованиями испытуемых и существенно затруднена дороговизной специфического оборудования и недостатком специалистов соответствующей квалификации. В связи с этим требуется разработка доступных методов первичной диагностики БКФМ, что позволит оптимизировать процесс обучения. Таким образом, можно выделить группу противоречий между:

■ современными достижениями средств информатики и ИКТ, теории развивающего обучения, кибернетики, системного анализа и недостаточным уровнем их практического использования при создании и применении компьютерных систем управления и диагностики учебной деятельности при научении решению пространственных задач;

• необходимостью первичной диагностики уровня развития базовых когнитивных функций мозга обучающихся, влияющих на обучаемость и определяющих способности к зрительному синтезу при конструировании пространственных объектов, актуальных в инженерной и конструкторской деятельности, и практическим отсутствием соответствующих инструментальных методов на основе средств ИКТ.

Выявленная группа противоречий определяет проблему исследования.

Объект исследования - компьютерные системы управления учебной деятельностью обучающихся решению задач и ее диагностики.

Предмет исследования - создание и применение динамических информационных систем управления и диагностика учебной деятельности обучающихся решению задач конструирования пространственных объектов в зависимости от уровня развития базовых когнитивных функций мозга.

Цель работы - повышение эффективности систем управления и диагностики обучающихся конструированию пространственных объектов путем разработки методов и алгоритмов ситуационного управления поисковой активностью на основе структурно-функциональной модели управления учебной деятельностью.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

■ провести системный анализ существующих компьютерных обучающих систем и тенденций их развития в контексте перехода от субъект-объектной к субъект-субъектной парадигме обучения; разработать организационно-технологический подход в управлении учебной деятельностью обучающихся решению задач в проблемных средах;

■ создать систему ситуационного управления процессом адаптации обучающихся к условиям проблемных сред на основе структурно-функциональной модели управления учебной деятельностью обучающихся конструированию пространственных объектов и реализовать ее в пазловой проблемной среде;

■ на основе математического аппарата цепей Маркова описать и количественно оценить вероятностные характеристики процесса итеративного обучения в пазловой проблемной среде;

* разработать инструментальный метод диагностики учебной деятельности обучающихся конструированию пространственных объектов, динамики ее изменения и создать специализированное программное обеспечение для обработки данных диагностики индивидуальных способностей к решению пространственных задач;

■ экспериментально выявить возможности компьютерной первичной диагностики БКФМ и их влияние на способы осуществления деятельности обучающихся конструированию пространственных объектов.

Методы исследования основаны на использовании положений теории вероятности, комбинаторики, системного анализа, методов компьютерного моделирования, кибернетики, теории конечных автоматов. В разработке программного обеспечения использовалась технология объектно-ориентированного программирования. Для нейрофизиологической диагностики уровня развития базовых когнитивных функций мозга обучающихся на добровольной основе проводилось обследование методом вызванных потенциалов Р300.

Научная новизна. Предложен новый подход в создании динамических информационных систем управления учебной деятельностью обучающихся; на основе информационных технологий разработан инструментальный метод исследования деятельности обучающихся конструированию пространственных объектов, позволяющий проводить первичную диагностику базовых когнитивных функций мозга, определяющих способности к зрительному синтезу.

Теоретическая значимость. Предложена структурно-функциональная модель управления деятельностью обучающихся конструированию пространственных объектов, активизирующая адаптационные возможности человека при итеративном решении задач. Разработан инструментальный метод компьютерной диагностики уровня развития воображения и базовых когнитивных функций мозга обучающихся с помощью средств ИКТ.

Практическая значимость. Теоретические исследования завершены созданием компьютерных программ, реализующих динамическое информационное управление учебной деятельностью по научению конструированию пространственных объектов и позволяющих проводить диагностику индивидуальных особенностей обучающихся на основе систем обработки данных количественных характеристик их деятельности, а именно:

• создано программное обеспечение, управляющее процессом научения конструированию пространственных объектов при помощи активизации различных уровней самоорганизации (адаптации) обучающихся;

■ разработано программное обеспечение для обработки данных, содержащихся в протоколах учебной деятельности, позволяющее получать информацию об обучаемости и проводить первичную компьютерную нейропсихологическую диагностику уровня развития воображения и базовых когнитивных функций мозга обучающихся.

Результаты, полученные в ходе исследования, были внедрены на факультете физики, информатики и вычислительной техники Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева и в институте региональной экономики, управления и градостроительства Сибирского федерального университета.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечиваются использованием в ходе работы современных достижений кибернетики, теории управления, принципов компьютерного моделирования, систем искусственного интеллекта, теории конечных автоматов, нейрофизиологии, последовательным проведением нейрофизиологического и компьютерного нейролсихологического диагностического эксперимента и анализом их результатов.

Основные результаты работы, выносимые на защиту:

■ структурно-функциональная модель управления деятельностью обучающихся при решении задач в проблемной среде, основанная на организационно-технологическом подходе в управлении учебной деятельностью;

■ динамическая информационная система управления деятельностью обучающихся, позволяющая получить полную обученность конструированию предъявляемого пространственного объекта в пазловой проблемной среде независимо от индивидуальных различий и способностей к пространственному мышлению;

* количественная оценка вероятностных характеристик пошагового процесса итеративного обучения конструированию пространственных объектов с использованием математического аппарата цепей Маркова;

■ инструментальный метод первичной нейропсихологической диагностики уровня развития воображения и базовых когнитивных функций мозга обучающихся с помощью средств ИКТ, который позволяет дифференцировать людей по обучаемости и профессиональной готовности к инженерной и конструкторской деятельности, а также выделять группу риска с возможным недостаточным уровнем развития БКФМ для последующего нейрофизиологического обследования и организации (в случае необходимости) корректирующих мероприятий.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1) совместном заседании кафедр информатики и математических методов физики Красноярского государственного педагогического университета (2001-2007);

2) международной научно-практической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Новосибирск, 1997);

3) всеросЬийской конференции «Информатика и информационные технологии в педагогическом образовании» (секция «Проблемы информатизации региона - ПИР-97») (Красноярск, 1997);

4) научно-практической конференции (Новосибирск, 2003);

5) международной научно-методической конференции «Развитие системы образования в России XXI века» (Красноярск, КГУ, 2003);

6) 23-м Всероссийском семинаре преподавателей математики университетов и педвузов «Актуальные проблемы преподавания математики в средней школе и педвузах» (Челябинск, 2004);

7) международной научно-методической конференции «Современные проблемы преподавания математики и информатики» (Тула, 2004);

8) 1-й Региональной конференции (Красноярск, КГПУ, 2004);

9) 11-й научно-педагогической конференции «Педагогика развития: образовательные интересы и их субъекты» (Красноярск, 2004);

10) II Межрегиональной научно-практической конференции с международным участием «Открытое образование: опыт, проблемы, перспективы» (Красноярск, 2006);

11) международной научно-технической конференции «Виртуальные и интеллектуальные системы» ВИС-2006 (Барнаул, АлтГТУ, 2006);

12) научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Новосибирск, 2007);

13) международной научно-технической конференции «Виртуальные и интеллектуальные системы» ВИС-2007 (Барнаул, АлтГТУ, 2007);

14) международной научной конференции «Молодежь. Образование. Карьера» (Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева, 2008).

Экспериментальная проверка и внедрение основных положений диссертации проводились с 2004 по 2008 годы на базе факультета физики, информатики и вычислительной техники, а также нейрофизиологической лаборатории Красноярского государственного педагогического университета имени В.П. Астафьева и факультета промышленного и гражданского строительства архитектурно-строительного института Сибирского федерального университета.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 20 печатных работ. В их числе 14 статей (2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК) и два авторских свидетельства на разработанные программы.

Структура диссертации. Диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения, Библиографического списка и приложений. Основное содержание диссертационной работы изложено на 175 страницах машинописного текста, иллюстрированного таблицами и рисунками.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулированы проблема, объект, предмет, цель и задачи исследования. Указаны методы исследования, научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.

Первая глава исследования «Теоретический анализ компьютерных систем управления процессом обучения и учебной деятельностью» посвящена вопросам системного анализа существующих теорий управления учебной деятельностью, их реализации в компьютерных обучающих системах. В ходе анализа научно-методической литературы обобщаются и характеризуются основные направления развития информационных компьютерных технологий и их применения в контексте повышения эффективности процесса обучения.

Отмечено, что существующие электронные средства обучения основываются на традиционных технологиях обучения, имеющих преимущественно сообщающий характер. Обучаемому сообщается порция учебного материала, затем проводится контроль того, как он усвоил этот материал (тесты, вопросы, контрольные работы и т.п.). На основе полученной информации о степени усвоения учебного материала осуществляется коррекция и формируется новая порция учебного материала. Затем все повторяется, т.е. процесс обучения носит циклический характер. Рассмотренные адаптивные компьютерные системы обучения основываются на сообщающем подходе к обучению и функционируют также циклически. Адаптивные системы управления в сообщающем обучении учитывают, с помощью экспертов, индивидуальные различия обучаемых в восприятии, запоминании и забывании учебного материала через различные формы контроля и соответствующие корректирующие воздействия. Это определяет индивидуальный темп продвижения и траектории сообщающего обучения.

Учебная деятельность в существующих ИОС представлена слабо, теория управления учебной деятельностью не разработана, так как в учебной деятельности обучаемый выступает активным агентом (АА) - субъектом, который имеет свои цели и предпочтения и сам выступает в качестве системы управления задачной ситуацией. Учебная деятельность обусловливает самостоятельный процесс научения решению задач. В этом случае обучаемый, т.е. «воспринимающий» учебный материал, играет другую роль. Он становится обучающимся и из объекта управления превращается в субъект управления. При этом управляющие воздействия ИОС должны содействовать учебной деятельности, основанной на модели принятия обучающимся решения о совершении действия, определяемой кортежем:

включающим множества: допустимых действий а, допустимых результатов деятельности а0, возможных значений обстановок & проблемной среды; функции: полезности у(-) и связи между действиями, обстановкой и

результатом деятельности ч>(-)) а также информацией /, которой обладает обучающийся на момент принятия решений.

При этом обучающийся не получает учебную информацию в виде сообщения, а продуцирует ее на основе собственного опыта решения задач. Главным фактором, определяющим успешность или неуспешность учебной деятельности, являются адаптационные возможности обучающегося. Поэтому проблема управления учебной деятельностью обучающегося решению задач связана с определением управляющих воздействий на его механизмы адаптации в учебной ситуации, воздействующих на разные компоненты приведенной модели:

■ институциональное управление иАсиА - наиболее жесткое управление, заключающееся в целенаправленном ограничении множества возможных действий а и результатов деятельности обучающегося а0, определяющее множество возможных значений обстановок <9 проблемной среды;

■ мотивационное управление р^ с иу - целенаправленное изменение предпочтений (функции полезности у(-)) обучающегося через введение системы штрафов и/или поощрений за выбор тех или иных действий и/или достижение определенных результатов деятельности;

■ информационное управление с II1 - целенаправленное влияние на информацию 1, используемую обучающимися при принятии решений.

Рассмотренная в первой главе информационная модель учебной деятельности связывает процесс развития обучающегося с изменением энтропии и устойчивости его деятельности. Она отражает поведение обучающегося во времени и учитывает тот факт, что развивающиеся системы -это системы открытые. Внутренний источник развития системы - борьба противоположных тенденций: устойчивости и неустойчивости, порядка и беспорядка, случайности и необходимости. Новая структура деятельности обучающегося отрицает старую, т.е., с одной стороны, отрицает ее, с другой -сохраняет с ней связь, возникая на ее основе и развивая ее положительные тенденции.

Концептуальная модель развития базируется на основных категориях информатики: энтропии, как мере беспорядка в системе, и информации, снимающей эту неопределенность. Поэтому излагаемая концепция учебной деятельности обучающегося является информационной.

Организационно-технологический анализ с учетом того, что обучающиеся являются субъектами, или активными агентами, имеющими свои цели и предпочтения, позволяет говорить о системе обучения как об активной организационной системе, в которой управляющие воздействия центра направлены на - то, чтобы добиться от обучающихся нужного для центра поискового поведения. Поведение обучающихся выражается в их действиях по решению задач или проблем в данной предметной области. То есть в активных организационных системах речь идет об управлении центром процессом взаимодействия обучающегося со средой, которая может иметь реальный или виртуальный характер. Обучающийся должен уметь производить действия над

объектами среды, принимать решения по выбору действия, видеть и анализировать результаты своих действий. Деятельность обучающегося должна носить целенаправленный характер и приводить к продуцированию информации о свойствах среды. В процессе целенаправленной деятельности по решению проблем обучающийся управляет объектами среды.

Управляющий центр (компьютерная обучающая система) в активных организационных системах управляет процессом управления, который осуществляет обучающийся с объектами среды. Соответственно управляющие воздействия центра должны представлять собой совокупность институциональных, мотивационных и информационных управлений, побуждающих обучающегося к поисковой активности и выработке правильных с точки зрения центра решений о выборе действий. Управляющие воздействия центра на обучающегося должны основываться на информации о состоянии среды и результатах деятельности обучающегося. Эффективность управления зависит от того, насколько полная информация о действиях и состоянии среды будет поступать в управляющий центр. Этого можно достичь при условии непрерывного наблюдения (или слежения) за действиями обучающегося и изменениями среды. Полученная информация должна записываться, храниться и соответствующим образом обрабатываться для принятия решений управляющим центром. Наблюдение и запись информации могут проводиться скрытно от обучающегося или открыто. Как правило, для уменьшения возмущения, которое оказывает наблюдение на обучающегося, сбор информации проводится скрытно. То есть желательно, чтобы обучающийся не знал или не замечал, что за ним наблюдают. В этом случае он ведет себя естественно, проявляя в полной мере свою поисковую активность.

Проведенный на основе теории активных систем и методологии учебной деятельности анализ позволил:

» описать основные особенности и принципы учебной деятельности, сформулировать организационно-технологический подход к ее управлению; * рассмотреть основные виды управлений учебной деятельностью, которые включают: институциональные, мотивационные и информационные управляющие воздействия; ■ определить модель принятия решений обучающимся, обусловленную: множеством возможных действий, множеством состояний проблемной среды, функцией полезности учебной деятельности обучающегося.

Структурно-функциональный анализ управления учебной деятельностью показал, что реализация субъект-субъектного подхода к организации учебной деятельности предполагает создание систем, где обучающийся осуществляет деятельность и воспринимает информацию в определенной проблемной среде. Действие, предпринимаемое АА в ответ на любую последовательность актов восприятия, определяет его функцию. Показатели производительности оценивают поведение (структуру системы действий, фиксируемой центром управления) АА в проблемной среде.

Показано, что проблема управления учебной деятельностью или адаптацией обучающегося в проблемных средах может быть сведена к определению

структуры системы действий обучающегося и управляющих воздействий, способствующих ее развитию, в обстановке регулируемой неопределенности проблемной среды.

Особое место было уделено определению системообразующего фактора -учебной деятельности обучающегося (рассматриваемого в качестве АА) в проблемной среде, - определяющего цели управления как со стороны центра управления, так и со стороны обучающегося, заставляя его адаптироваться к изменяющимся условиям осуществления деятельности.

Таким образом, в первой главе исследования рассмотрены теоретические основы, а также выявлена роль компьютерных технологий управления учебной деятельностью обучающихся и определены перспективные направления их разработки.

Во второй главе исследования «Моделирование систем управления учебной деятельностью» проводится структурно-функциональный анализ деятельности обучающихся в проблемных средах на основе кибернетики, систем искусственного интеллекта и теории управления активными системами.

Системообразующим элементом активной функциональной системы «Обучающийся — Обучающая система» выступает деятельность обучающегося Р при решении поставленных задач. Результатом функционирования такой системы является структура системы действий обучающегося 5, которая не содержит ошибочных (отдаляющих решение) действий. При этом операторная схема алгоритма функционирования системы «Обучающийся - Обучающая система» имеет вид:

I I

А0 = 1Р,Р2фа,У,ТК„

где Р/ - определение параметров проблемной среды; - формирование новой задачной ситуации; Ф - деятельность обучающегося при решении поставленных задач (Г); Л/ - определение параметра структуры системы действий обучающегося (#(Х)); V/ - проверка логического утверждения «Структура системы действий обучающегося отлична от целевого состояния»: 5'<5'*; К/ - завершение обучения в случае, когда на выходе V/ значение -«ЛОЖЬ».

Деятельность Ф по решению задачи конструирования пространственного объекта в проблемной среде представляет собой поиск пути на графе & пространства состояний из начального состояния (постановка задачи) в конечное (получение решения). Состояние в каждый момент времени (в каэвдой вершине графа) описывается кортежем:

в, = {х,, х2, ..., Хц, хРр 1}, где XI, ..., хы - состояние ячеек рабочего поля программы х, = {«0» - ячейка пуста, «1 ...Ы» — номер фрагмента установленного в ячейке}', хР- содержание окна просмотра Х/у = {«0» - окно пусто, «]» - ото содержит первый фрагмент конструируемого объекта, «2» - окно содержит второй фрагмент конструируемого объекта, ..., «IV» - окно содержит Л-й фра£иепт конструируемого объекта}', 1 - информация о расстоянии до цели / = {«0» -расстояние до цели недоступно, «I ...2Иу> - расстояние до цели}. Дуги,

соединяющие вершины графа, заданы операторами Ф, - действиями обучающегося, изменяющими значения */,..., Хц, хРг

Например, начальное состояние задачи конструирования пространственного объекта из девяти фрагментов (n=9) можно представить в виде:

в0 = {о, о, о, о, о, о, о, о, о, хР!, /;,

который формируется оператором по алгоритму а2:

1 12 12 1 а2 = а3с, I л4су2 Тс3Иа5у3Т а6с4у4 Т к2,

где а}- определение количества элементов конструируемого объекта: и: =9\ С/ - установка значения счетчика элементов: /:=/; а4 - сброс значений содержимого ячеек рабочего поля и множества исходных фрагментов: х/:-0, хр,:=0; С2 - изменение значения счетчика элементов: и-1+1; У2 - проверка логического утверждения «Перебрали не все элементы»: Сз - установка значения счетчика заданных элементов: ¡: =1\А5- определение номера элемента 7 в множестве исходных фрагментов для задания положения /-го фрагмента с помощью генератора случайных чисел: ]:=1+ШТ(Шй(Ы-1))\ У3 т проверка логического утверждения «у'-й элемент множества исходных фрагментов определен»: хр3<>0; а6 - задание у-го элемента множества исходных фрагментов /-тым фрагментом конструируемого объекта: =г; С4 - изменение значения счетчика заданных элементов: /7 =¡+1; У4 - проверка логического утверждения «Заданы не все элементы множества исходных фрагментов»: К2 - завершение формирования задания в случае, когда заданы все элементы множества исходных фрагментов (на выходе У4 значение - «ЛОЖЬ»),

Множество действий Ф/, составляющих деятельность по конструированию пространственных объектов, состоит из четырех подмножеств. Отношения между элементами этих подмножеств определяют структуру системы действий 5, которую удобно представить в виде графа (рис. 1), отражающего четыре состояния деятельности (классификация по типу совершаемых действий): установка фрагментов 5/ (устанавливает значение х/:=хр^у отмена установки фрагмента (обнуляет значение х,: =0), просмотр фрагментов (изменяет значение хр/. у:=у+/ или завершение

деятельности по решению задачи (поглощающее состояние, завершающее выполнение задания).

Итеративный характер процесса научения решению задач позволяет представить его в виде последовательности однородных конечных цепей Маркова, каждая из которых соответствует сложившейся структуре системы действий, определяемой матрицей переходных вероятностей, которая в общем случае (например, для рис. 1а) имеет вид:

р(к) р(к) р(к) р(к)

и 11 13 и

р(к) р(к) р(к) 0

21 а 13

р(к) р(к) р(к) 0

31 3! 33

0 0 0 1

где к- номер выполненного задания.

Организация такой структуры системы действий обучающегося в проблемной среде и реализация алгоритма Ад составляют институциональное управление и а деятельностью обучающегося.

В каждый момент времени можно определить кратчайший путь -расстояние до цели - на графе 0, который содержит минимальное количество дуг для достижения состояния, являющегося решением задачи. Для примера с N=9, описанного выше, решение принимает вид:

6>г = {1,2, 3,4,5,6, 7,8,9,0,1}.

Р|1 Р|1 Рп

а б в

Рис. 1. Структура 5 системы действий обучающегося, конструирующего пространственный объект (5,- состояние установки фрагментов; ^ -состояние отмены установки фрагмента; Б3 — состояние просмотра фрагментов; Ру — вероятности перехода обучающегося из 1-го ву'-е состояние): а - поиск решения; б - безошибочная деятельность; в - идеальная деятельность

Когда рабочее поле пусто, расстояние до цели определяется количеством фрагментов N, которые необходимо установить — совершить действия Ф/, соединяющие вершины графа пространства состояний <9. Каждый установленный правильно фрагмент сокращает расстояние до цели, а ошибочно установленный - увеличивает. В общем виде алгоритм а 7 вычисления расстояния до цели имеет вид:

4 12 3 12 3 4

а7 = с5с61у5Ту6 Т с7 ТХс« 1 1с9у7 Т к3,

где с} - установка значения счетчика ячеек рабочего поля: ¡:=1; с6 - установка значения счетчика расстояния до цели: £>,; =0; У} - проверка логического утверждения «/-я ячейка рабочего поля пуста»: х(=0; У6 — проверка логического утверждения «¡-я ячейка рабочего поля заполнена необходимым фрагментом»: хг=г, с7 - изменение значения счетчика расстояния до цели: Д. =Д+2; с# — изменение значения счетчика расстояния до цели: £>,:=£>,+/; с9 - изменение

значения счетчика ячеек рабочего поля: ¡:=г+1; V? - проверка логического утверждения «Не все ячейки рабочего поля проверены»: /</У; К3 - завершение определения расстояния до цели.

Доступность информации о расстоянии до цели в режиме реального времени позволяет обучающемуся ориентироваться в пространстве состояний 0 и находить решение задачи. Благодаря наличию институционального управления 1/л алгоритм поиска обучающимся решения задачи можно представить в виде:

6 13 37 2 3 2 4 5 4 6 7 1

А = 1У8 ТШ^р Т Ф3 Т1У10 Т Ф2 Т 1Ф,Уп Т Ф2 Т1 к4.

Если результатом проверки логического утверждения К« «Задача решена» (в,=вт) является истина, то никаких действий от обучающегося не требуется и алгоритм заканчивается оператором К^. В обратном случае обучающийся идентифицирует фрагмент в окне просмотра. Значение «ЛОЖЬ», полученное при проверке логического утверждения Уд «Ячейка рабочего поля для установки выбранного фрагмента определена», влечет изменение обучающимся содержимого окна просмотра - оператор Фз и новую идентификацию Уд. Если обучающийся определил ячейку рабочего поля для выбранного фрагмента (на выходе У9 значение - «ИСТИНА»), следует проверка логического утверждения У/о «Определенная для выбранного фрагмента ячейка рабочего поля пуста». Невыполнение условия У10 требует отмены - оператор Ф2 - установленного ранее в выбранную ячейку фрагмента с возвратом на этап идентификации (оператор У9). Если выбранная ячейка свободна, то обучающийся устанавливает фрагмент на рабочем поле - оператор Ф/~ и определяет изменение расстояния до цели. Значение «ИСТИНА», полученное при проверке логического утверждения У л «Расстояние до цели сократилось», возвращает обучающегося к проверке утверждения У$. Увеличение расстояния до цели требует отмены установленного фрагмента Ф2 и перехода обучающегося на этап идентификации Уд.

Оператор Ф2 (отмена) предполагает наличие ошибочных действий обучающегося: если фрагмент был установлен правильно, то его отмена увеличивает расстояние до цели, а если Фг сокращает расстояние до цели -ошибка была совершена ранее, при установке отменяемого фрагмента.

Рассматривая увеличение расстояния до цели как наказание за совершение неправильного действия, а уменьшение расстояния - как поощрение за правильное, можно говорить о канале мотивационного управления 1/у (мотивация процесса поиска решения задачи). Такое управление угнетает неправильные действия и изменяет структуру системы действий обучающегося 5 (эволюция графа структуры системы действий, рис. 1). Второй компонент мотивационного управления 1/у (мотивация результата процесса научения) информирует обучающегося об уровне деятельности -формальном числовом выражении соответствия его структуры системы действий при решении к-]-й задачи структуре, позволяющей безошибочно находить решение. Такую структуру можно представить матрицей переходных вероятностей

К1=

р(Ь)

II

О

р(к) 31

О

р(к) и

О

О Р<к>

II

о о

О Р(к) о

33

О О I

для рис. 16 или матрицей, описывающей идеальную деятельность (рис. 1в), например, для задачи, где N=9:

0,9 0 0 0,1 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 1

При этом наказанием можно считать понижение уровня за большее количество неправильных действий, а за меньшее их количество следует поощрять определением более высокого уровня.

Для определения уровня деятельности ¿ь/ будем делить все действия обучающегося на правильные и неправильные, вероятность совершения которых определяет энтропию структуры системы действий обучающегося. Принимая во внимание, что энтропия убывает и в том случае, когда убывает доля правильных действий, функция, определяющая уровень деятельности (или параметр структуры системы действий обучающегося), Н(Б) принимает вид:

„Ю _ / Л при Рк < 0,5\ Н, при Рь>0,5,

где Рк - доля правильных действий при выполнении к-го задания, Н=-рк\оогрк-{\-рк)\о^1(у-рк) - энтропия структуры системы действий обучающегося в нулевом приближении.

Функция Н(Б) является целевой для активной функциональной системы «Обучающийся - Обучающая система», а уменьшение ее значения до нуля -общей целью взаимосодействия обучающегося и проблемной среды.

На основании значения целевой функции определяется уровень деятельности обучающегося:

¿ь/ =/+ Ш(9 ■ (1-Н(8)), который представлен на экране дисплея системой из десяти дискретных датчиков (в нашем случае мы ввели 10 уровней). За определение параметра структуры системы действий обучающегося и соответствующего ему уровня деятельности в алгоритме функционирования системы «Обучающийся - Обучающая система» А0 отвечает оператор А¡.

Учитывая модель принятия решения V, приведенную в первой главе исследования, нельзя обойти вниманием компонент информацию, на основе которой обучающийся принимает решение о совершении действия. Эта информация может предоставляться проблемной средой в виде датчика «Расстояние до цели», помогающего достичь решения задачи в начале обучения. По мере накопления опыта решения задач необходимость во

внешней помощи уменьшается и проблемная среда ограничивает доступ к этому датчику.

В общем случае вероятность включения датчика расстояния до цели (событие D) определяется уравнениями:

P(D) = 1, если \ + INT{9q)>L; P(D) = 0, если 1 + INT(9q) < L, где q - случайное число, генерируемое системой управления в интервале (0, 1), L

= /, 2, 3.....10 - достигнутый уровень деятельности. Видно, что при £ = / панель

присутствует всегда. Возрастание уровня L ведет к уменьшению частоты включения датчика. На 10 уровне панель не отображается совсем.

Если недостаток обратной связи, реализованной через датчик расстояния до цели, приводит к увеличению значения целевой функции H(S), проблемная среда определяет более низкий уровень деятельности Lk, характеризующийся более высокой вероятностью предоставления ориентира. Такое целенаправленное влияние на информацию 1 (определяющее параметры проблемной среды), используемую обучающимися при принятии решений, представляет собой информационное управление Uj учебной деятельностью обучающегося и реализуется оператором FI алгоритма функционирования А0 активной функциональной системы «Обучающийся - Обучающая система».

Рис. 2. Интерфейс проблемной среды «Динамические пазлы», предлагающей осуществить конструирование чертежа из фрагментов

Приведенный алгоритм функционирования системы построен на основе кибернетического принципа, указанного Винером: «Кибернетическим является устройство, для которого одним из входов служит некоторая функция его выхода в предыдущие моменты времени». В нашем случае на вход обучающегося подается функция его выхода при решении предыдущих задач.

Описанная ДИСУ реализована в компьютерной проблемной среде «Динамические пазлы». Задачи, решению которых должны научиться обучающиеся при прохождении заданий, состоят в конструировании чертежа из предложенных фрагментов. Задание может быть таким: «Собери чертеж двигателя внутреннего сгорания». При этом в качестве исходного материала предлагается набор из 25 фрагментов, принадлежащих только заданному чертежу. Этот набор предложен обучающемуся в специальной области выбора, где порядок их предъявления случаен (рис. 2). Задание считается выполненным, если в рабочей области сформировано изображение чертежа и нет свободных ячеек.

Ведение протоколов деятельности в электронном, формализованном виде позволяет применить для качественного, количественного и статистического анализа вычислительные мощности персональных компьютеров. Программа обработки протоколов деятельности и результаты, полученные в ходе анализа деятельности обучающихся, представлены в третьей главе исследования.

Разработанная компьютерная система обработки массива протоколов деятельности обучающихся и ДИСУ носит специализированный характер и предназначена для обработки данных о процессе научения решению задач по конструированию пространственных объектов в пазловой проблемной среде. Она представляет собой электронную книгу, организованную иерархически и содержащую несколько основных закладок, определяющих функции программы по категориям: «Выборка протоколов», «Прохождение», «Анализ группы», «Динамика», «Управление». Реализована возможность преобразования данных в формат электронных таблиц Microsoft Excel.

Благодаря разработанной компьютерной программе появилась возможность инструментального определения индивидуальных различий обучающихся, их предпочтений, особенностей осуществления учебной деятельности.

В ходе проведения эксперимента была определена обучаемость конструированию пространственных объектов у группы из 150 студентов первого курса факультета физики, информатики и вычислительной техники КГПУ и факультета промышленного и гражданского строительства архитектурно-строительного института Сибирского федерального университета.

Введено представление об обучаемости как о векторной величине, состоящей из двух компонент информационной продуктивности (скоростей продуцирования информации) учебной деятельности обучающегося, оцениваемых по: а) количеству выполненных заданий - V„\ б) затраченному времени - V,. Установлено, что низкая обучаемость обусловливает потребность в дополнительном ресурсе времени, а наивысшие показатели обучаемости по времени демонстрируют обучающиеся, выполнившие минимальное количество заданий. Тем не менее высокий уровень У„ не гарантирует высоких показателей V, (рис. 3).

Кроме определения обучаемости проводился сравнительный анализ данных нейрофизиологической диагностики базовых когнитивных функций

мозга (БКФМ) методом вызванных потенциалов (ВП) с данными компьютерной диагностики учебной деятельности.

Установлено, что анализ деятельности обучающихся в проблемных средах, пооперационно сохраненной в протоколах прохождения заданий, позволяет проводить массовую первичную диагностику познавательных процессов обучающихся и получать информацию об уровне развития БКФМ для выявления группы риска.

> 3,0

2,0

1,0

0,0

0,0 1,0 2,0

Ущ

Рис. 3. Диаграмма рассеяния обучающихся в пространстве скоростей при выполнении первого задания

В Заключении отмечено, что в процессе проведения исследования была достигнута цель, подтверждена выдвинутая гипотеза и получены положительные результаты в решении всех поставленных задач:

1) обобщены и охарактеризованы основные направления развития и применения компьютерных систем управления процессом обучения, показана необходимость в разработке моделей развития учебной деятельности и систем ее управления, реализующих субъект-субъектный подход к обучению;

2) на основе теории активных систем разработана структурно-функциональная модель управления и сформулирован организационно-технологический подход к управлению учебной деятельностью обучающихся решению задач, разработана модель принятия решений обучающимся;

3) разработана информационная концепция учебной деятельности, связывающая процесс развития обучающегося с изменением энтропии и устойчивости его деятельности в проблемной среде;

4) введено понятие проблемной среды. Описана спецификация проблемной среды, включающая определение показателей производительности

Ч

••V • •• •

-1-

обучающегося, исполнительных механизмов центра управления и системы датчиков;

5) описаны особенности моделирования проблемной среды, предлагающей осуществлять деятельность, связанную с конструированием пространственных объектов. Определены факторы, определяющие формирование управляющих воздействий на поведение обучающихся;

6) на основе структурно-функциональной модели управления деятельностью обучающихся в проблемной среде создана динамическая информационная система управления учебной деятельностью обучающихся конструированию пространственных объектов, реализованная в компьютерной программе на основе популярной игры «Пазлы» с помощью системы датчиков;

7) рассмотрен метод определения меры неопределенности обучающегося при совершении действий (энтропии деятельности), связанных с установкой фрагментов изображения, описана вероятностная пошаговая схема поиска решения задачи;

8) определена структура системы действий обучающегося конструированию пространственных объектов в виде ориентированного графа и разработан интерфейс компьютерной программы, позволяющий выделить действия обучающегося, связанные с просмотром, установкой и отменой фрагментов;

9) проведена количественная оценка вероятностных характеристик процесса обучения в проблемной среде на основе математического аппарата цепей Маркова;

10) создана компьютерная программа обработки протоколов деятельности обучающихся в проблемных средах, являющаяся инструментом для определения индивидуальных различий обучающихся, их предпочтений, особенностей осуществления учебной деятельности, динамики ее изменения;

11) введено новое представление об обучаемости как о векторной величине, состоящей из двух компонент информационной продуктивности учебной деятельности, оцениваемой по количеству выполненных заданий и по затраченному времени. На основе анализа экспериментальной диаграммы рассеяния по компонентам обучаемости, полученной на выборке объемом 150 человек, выделено 4 типа обучаемости;

12) на основе разработанных программных комплексов показана возможность массовой первичной диагностики уровня развития базовых когнитивных функций мозга и познавательных процессов обучающихся.

Основное содержание диссертационного исследования отражено в

указанных ниже публикациях.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Шадрин, И.В. Инструментальный метод исследования деятельности обучающихся конструированию пространственных объектов / И.В. Шадрин // Системы управления и информационные технологии. - 2008. - № 2.2(32). -С. 308-311.

2. Шадрин, И.В. Динамическое компьютерное тестирование энтропийного фактора деятельности учащихся / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук // Педагогическая информатика. - 2005. 2. - С. 8-12.

Авторские свидетельства

3. Динамические пазлы. № 2006613049. Реестр программ для ЭВМ, 1 сентября 2006.

4. Игровой динамический компьютерный тест. № 2005610829. Реестр программ для ЭВМ, 11 апреля 2005.

Статьи

5. Шадрин, И.В. Динамическая информационная система управления и диагностика обучаемости / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук II Информационные технологии моделирования и управления. - 2008. - № 2(45). - С. 229-237.

6. Шадрин, И.В. Компьютерная диагностика обучаемости / Шадрин И.В., Дьячук П.П., Стюгин A.A. // Молодежь. Образование. Карьера: материалы международной научной конференции. - Красноярск, 2008. - С. 96-101.

7. Шадрин, И.В. Диагностика учебной деятельности обучающегося при конструировании пространственных объектов / И.В. Шадрин // Ползуновский альманах. - Барнаул, 2007. - № 3. - С. 158-160.

8. Шадрин, И.В. Мультиагентная интеллектуальная система информационного взаимодействия обучающихся / И.В. Шадрин // Ползуновский альманах. -Барнаул, 2006. -№ 4. - С. 122-125.

9. Шадрин, И.В. Динамические интеллектуальные системы, диагностирующие когнитивные стратегии процесса научения решению математических задач / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук, АЛ. Стюгина, И.П. Малова II Ползуновский альманах. - Барнаул, 2006. - № 4. - С. 91-94.

Ю.Шадрин, И.В. Адаптивное управление имплицитным процессом обучения / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук // Нейроинформатика и ее приложения: материалы XIV Всероссийского семинара. - ИВМ СО РАН. - Красноярск, 2006.-С. 44-45.

П.Шадрин, И.В. Компьютерные обучающие и диагностирующие игры на примере программы «Динамические пазлы» / И.В. Шадрин // Открытое образование: опыт, проблемы, перспективы: материалы II межрегиональной научно-практической конференции с международным участием. -Красноярск, 2006.-С. 148-151.

12.Шадрин, И.В. Особенности компьютерного управления учебной деятельностью учащихся / И.В. Шадрин, A.A. Стюгин И Современные проблемы преподавания математики и информатики: материалы Международной научно-методической конференции. — Тула, 2004. - Ч. II -С. 142-149.

13.Шадрин, И.В. Динамическое тестирование психолого-педагогических особенностей процесса научения / ИЗ. Шадрин, П.П. Дьячук // Педагогика развития: образовательные интересы и их субъекты: материалы 11-й научно-педагогической конференции. - Красноярск, 2004. - С. 199-205.

14.Шадрин, И.В. Динамическое компьютерное тестирование представлений учащихся о геометрических фигурах / И.В. Шадрин, ПЛ. Дьячук //

материалы 1-й региональной конференции. - Красноярск, 2004. - С. 102— 106.

15.Шадрин, И.В. Рисуночные компьютерные динамические тесты-тренажеры / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук, Т.И. Огго // материалы научно-практической конференции. - Новосибирск, 2003. - С. 337.

16.Шадрин, И.В. Компьютерный манипулятор преобразования графиков функций /И.В. Шадрин, П.П. Дьячук // Новые информационные технологии в университетском образовании: материалы международной научно-практической конференции.-Новосибирск, 1997.-С. 123.

Тезисы докладов

17.Шадрин, И.В. Информационное управление процессом обучения в динамических компьютерных обучающих пазловых средах / И.В. Шадрин Н Новые информационные технологии в университетском образовании: тезисы научно-методической конференции. - Новосибирск, 2007. ~ С. 141— 142.

18.Шадрин, И.В. Динамический компьютерный тест по геометрии на плоскости / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук // Актуальные проблемы преподавания математики в средней школе и педвузах: тезисы докладов 23-го Всероссийского семинара преподавателей математики университетов и педвузов. - Челябинск, 2004. - С. 137-138.

19.Шадрин, И.В. О компьютерном динамическом тестировании / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук, С.В. Бортновский // Развитие системы образования в России XXI века: тезисы докладов международной научно-методической конференции. - Красноярск, 2003.

20.Шадрин, И.В. Обучающие тесты в физике и математике / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук // Информатика и информационные технологии в педагогическом образовании: тезисы и материалы всероссийской конференции. -Красноярск, 1997.-С. 139.

Выражаю благодарность заведующему кафедрой технической механики СФУ профессору Богомаз ИВ. и заведующему лабораторией нейропсихологии, доценту Дроздовой Л.Н. за консультации и содействие при проведении

эксперимента.

Подписано в печать 31.10.2008. Формат 60x84 '/(б. Объем 1,5 п.л. Тираж 120 экз. Заказ 192.

Отпечатано с готовых оригиналов в типографии «ЛИТЕРА-принт», тел. 2-950-340

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБУЧЕНИЯ И УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ.

1.1. Анализ истории развития и становления автоматизированных систем обучения.

1.2. Учебная деятельность как информационный процесс развития обучающегося.

1.3. Организационно-технологический подход в управлении учебной деятельностью обучающихся решению задач.

1.4. Структурно-функциональный анализ учебной деятельности обучающихся в проблемных средах.

Выводы к главе 1.

Глава 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ.

2.1. Кибернетический подход к проблеме адаптации обучающихся в проблемных средах.

2.2. Модель функциональной системы «Обучающийся — Обучающая система».

2.3. Моделирование учебной деятельности в проблемной среде с помощью цепей Маркова.

2.4. Пазловые проблемные среды.

Выводы к главе 2.

Глава 3 ДИАГНОСТИКА УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ КОНСТРУИРОВАНИЮ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ

ОБЪЕКТОВ В ПАЗЛОВЫХ ПРОБЛЕМНЫХ СРЕДАХ.

3.1. Компьютерные системы обработки продуктов деятельности обучающегося и управляющего центра.

3.2. Диагностика обучаемости конструированию пространственных объектов в проблемных средах.

3.3. Влияние уровня развития базовых когнитивных функций мозга на деятельность обучающихся.

Выводы к главе 3.

Актуальность исследования. В современном обществе наряду с накоплением эмпирических данных в различных областях знаний наблюдается качественный рост теоретических исследований, который выражается в изменении самой парадигмы их проведения. В научной литературе часто встречаются такие понятия, как «качественные изменения», «развитие», «самоорганизация», с помощью которых описывают многообразие меняющегося мира. Изменения коснулись и теории обучения, а с развитием кибернетики и информационных технологий, основанных на применении компьютеров в обучении, обнаружились общие проблемы, и методология их решения подвигла к новому пониманию проблемы управления учебной деятельностью и ее диагностики.

Как показывает анализ литературы [18, 11, 5, 117, 20, 55, 14], среди подходов к проблеме управления учебно-познавательной деятельностью на основе средств ИКТ наиболее интересен подход к проблеме обучения, который был предложен Гордоном Паском [85] и развит профессором JLA. Растригиным [95, 96]. Отношения между обучаемым и обучающим рассматриваются как отношения между объектом управления и управляющим устройством, что позволяет применять в обучении методы теории управления [34, 72, 77, 98].

Современные достижения теории искусственного интеллекта, кибернетики, управления, нелинейными системами, психодиагностики и др. позволяют создавать эффективные компьютерные программы для применения в процессе обучения — от различных тестовых оболочек до автоматизированных распределенных обучающих систем. Протоколирование деятельности используется для адаптации программных комплексов к особенностям обучаемого с использованием специально разработанных моделей [31, 76, 96, 98].

Описанные в литературе (JI.A. Растригин, В.Б. Кудрявцев, И.В. Ковалев, А.Г. Доррер, А.В. Усачев) адаптивные компьютерные обучающие системы призваны передать обучаемому предусмотренный объем информации, т. е, организовать, как указывает В.П. Беспалько, сообщающее обучение. При таком подходе к управлению процессом обучения основную часть учебной информации обучаемый получает вследствие рецепции, а не продуцирования информации. Априори полагается, что обучаемый ориентирован на достижение целей обучающей системы и является объектом управления. В системах, построенных на принципах, изложенных JI.A. Растригиным, представляющих наиболее развитые комплексы, хотя и происходит адаптация к индивидуальным параметрам пользователя, но возникает проблема создания адекватных моделей обучаемого. От точности совпадения параметров модели и оригинала (обучаемого) зависят качество и эффективность управления процессом обучения.

Однако систему «обучающий - обучаемый» необходимо рассматривать как активную, то есть систему, в которой обучаемый обладает свойством активности, в том числе свободой выбора своего состояния. Помимо возможности выбора состояния обучаемый обладает собственными интересами и предпочтениями, то есть осуществляет выбор состояния целенаправленно, с учетом обстоятельств конкретной ситуации, специфических условий, в которых он оказался. В связи с этим поиск адекватных параметров модели обучаемого еще более затруднен.

От обучаемого — объекта необходимо перейти к обучающемуся — субъекту и проводить управление и диагностику его деятельности в процессе научения решению задач. Такому переходу соответствуют компьютерные системы управления, которые можно определить как динамические информационные системы управления (ДИСУ) учебной деятельностью обучающихся (развивающихся субъектов), поскольку они реализуют свою целевую функцию на основе информации о динамике изменений учебной деятельности в процессе научения решению задач или проблем. Цель функционирования ДИСУ состоит в содействии обучающимся формированию структуры деятельности, позволяющей реализовать функцию по решению задач или проблем данного типа в конкретной предметной области. Это отвечает современным представлениям о развивающихся системах (И.Н. Моисеев, А.К. Айламазян, Г. Хакен, И.И. Шмальгаузен, А.В. Лапко и др.). Такой подход означает, что продуцирование информации обучающимся происходит на основе собственного опыта взаимодействия с окружающим миром. Это предполагает наличие поисковой активности обучающегося как субъекта и, как следствие, отношение к обучающемуся как к активному агенту, производящему поиск решения проблемы [44, 143] в пространстве учебных ситуаций.

Особый интерес представляет деятельность, связанная с решением пространственных задач. Диагностика деятельности по конструированию пространственных объектов имеет большое значение для коррекции качества подготовки будущих инженеров, так как специфика инженерной профессии требует хорошо развитой функции воображения и зрительного синтеза, предоставляющей человеку возможность строить новые объекты в сознании. Именно этот вид зрительного синтеза осуществляют инженеры, работая над новыми проектами. При этом конечные результаты работы воображения и непосредственного восприятия эквивалентны [6].

Инженерная профессия направлена на преобразование реальной действительности. Если в процессе работы над проектом инженер не в состоянии «увидеть» все возможные последствия своих конструкторских решений, а увидит их после фактической реализации, то, как минимум, это приведет к неоправданным экономическим потерям. Поэтому проблема развития и диагностики способностей студентов инженерных специальностей технических вузов к конструированию пространственных объектов в воображении является актуальной и важной с точки зрения как будущей профессии, так и корректировки способов организации учебного процесса [18].

Как следует из теорий научения [16, 108, 126], обучающиеся решению пространственных задач, могут осуществлять учебную деятельность либо преимущественно в виде мысленных манипуляций (преобразований) модели задачи, либо путем проб и ошибок. В первом случае учебная деятельность осуществляется с опорой на внутренний контекст (используется метод наблюдения или самонаблюдение), во втором - с опорой на внешний контекст или фактические реакции среды. Возможная недостаточность уровня развития базовых когнитивных функций мозга (БКФМ) обучающихся, к которым относятся дифференцировка, распознавание, направленное внимание, скорость обработки информации, оперативная память, обусловливает, как правило, второй путь научения.

Динамика самоорганизации учебной деятельности обучающегося существенно зависит от уровня развития БКФМ, диагностика которого связана с нейрофизиологическими обследованиями испытуемых и существенно затруднена дороговизной специфического оборудования и недостатком специалистов соответствующей квалификации. В связи с этим требуется разработка доступных методов первичной диагностики БКФМ, что позволит оптимизировать процесс обучения.

Таким образом, можно выделить группу противоречий между: современными достижениями средств информатики и ИКТ, теории развивающего обучения, кибернетики, системного анализа и недостаточным уровнем их практического использования при создании и применении компьютерных систем управления и диагностики учебной деятельности при научении решению пространственных задач; необходимостью первичной диагностики уровня развития базовых когнитивных функций мозга обучающихся, влияющих на обучаемость и определяющих способности к зрительному синтезу при конструировании пространственных объектов, актуальных в инженерной и конструкторской деятельности, и 'практическим отсутствием соответствующих инструментальных методов на основе средств ИКТ.

Выявленная группа противоречий определяет проблему исследования.

Объект исследования - компьютерные системы управления учебной деятельностью обучающихся решению задач и ее диагностики.

Предмет исследования - создание и применение динамических информационных систем управления и диагностика учебной деятельности обучающихся решению задач конструирования пространственных объектов в зависимости от уровня развития базовых когнитивных функций мозга.

Цель работы — повышение эффективности систем управления и диагностики обучающихся конструированию пространственных объектов путем разработки методов и алгоритмов ситуационного управления поисковой активностью на основе структурно-функциональной модели управления учебной деятельностью.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи: провести системный анализ существующих компьютерных обучающих систем и тенденций их развития в контексте перехода от субъект-объектной к субъект-субъектной парадигме обучения; разработать организационно-технологический подход в управлении учебной деятельностью обучающихся решению задач в проблемных средах; создать систему ситуационного управления процессом адаптации обучающихся к условиям проблемных сред на основе структурно-функциональной модели управления учебной деятельностью обучающихся конструированию пространственных объектов и реализовать ее в пазловой проблемной среде; на основе математического аппарата цепей Маркова описать и количественно оценить вероятностные характеристики процесса итеративного обучения в пазловой проблемной среде; разработать инструментальный метод диагностики учебной деятельности обучающихся конструированию пространственных объектов, динамики ее изменения и создать специализированное программное обеспечение для обработки данных диагностики индивидуальных способностей к решению пространственных задач; ■ экспериментально выявить возможности компьютерной первичной диагностики БКФМ и их влияние на способы осуществления деятельности обучающихся конструированию пространственных объектов.

Методы исследования основаны на использовании положений теории вероятности, комбинаторики, системного анализа, методов компьютерного моделирования, кибернетики, теории конечных автоматов. В разработке программного обеспечения использовалась технология объектно-ориентированного программирования. Для нейрофизиологической диагностики уровня развития базовых когнитивных функций мозга обучающихся на добровольной основе проводилось обследование методом вызванных потенциалов РЗ 00.

Научная новизна. Предложен новый подход в создании динамических информационных систем управления учебной деятельностью обучающихся; на основе информационных технологий разработан инструментальный метод исследования деятельности обучающихся конструированию пространственных объектов, позволяющий проводить первичную диагностику базовых когнитивных функций мозга, определяющих способности к зрительному синтезу.

Теоретическая значимость. Предложена структурно-функциональная модель управления деятельностью обучающихся конструированию пространственных объектов, активизирующая адаптационные возможности человека при итеративном решении задач. Разработан инструментальный метод компьютерной диагностики уровня развития воображения и базовых когнитивных функций мозга обучающихся с помощью средств ИКТ.

Практическая значимость. Теоретические исследования завершены созданием компьютерных программ, реализующих динамическое информационное управление учебной деятельностью по научению конструированию пространственных объектов и позволяющих проводить диагностику индивидуальных особенностей обучающихся на основе систем обработки данных количественных характеристик их деятельности, а именно: создано программное обеспечение, управляющее процессом научения конструированию пространственных объектов при помощи активизации различных уровней самоорганизации (адаптации) обучающихся; разработано программное обеспечение для обработки данных, содержащихся в протоколах учебной деятельности, позволяющее получать информацию об обучаемости и проводить первичную компьютерную нейропсихологическую диагностику уровня развития воображения и базовых когнитивных функций мозга обучающихся.

Результаты, полученные в ходе исследования, были внедрены на факультете физики, информатики и вычислительной техники Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева и в институте региональной экономики, управления и градостроительства Сибирского федерального университета.

Достоверность и обоснованность ^ полученных результатов обеспечиваются использованием в ходе работы современных достижений кибернетики, теории управления, принципов компьютерного моделирования, систем искусственного интеллекта, теории конечных автоматов, нейрофизиологии, последовательным проведением нейрофизиологического и компьютерного нейропсихологического диагностического эксперимента и анализом их результатов.

Основные результаты работы, выносимые на защиту: структурно-функциональная модель управления деятельностью обучающихся при решении задач в проблемной среде, основанная на организационно-технологическом подходе в управлении учебной деятельностью; динамическая информационная система управления деятельностью обучающихся, позволяющая получить полную обученность конструированию предъявляемого пространственного объекта в пазловой проблемной среде независимо от индивидуальных различий и способностей к пространственному мышлению; количественная оценка вероятностных характеристик пошагового процесса итеративного обучения конструированию пространственных объектов с использованием математического аппарата цепей Маркова; инструментальный метод первичной нейропсихологической диагностики уровня развития воображения и базовых когнитивных функций мозга обучающихся с помощью средств ИКТ, который позволяет дифференцировать людей по обучаемости и профессиональной готовности к инженерной и конструкторской деятельности, а также выделять группу риска с возможным недостаточным уровнем развития БКФМ для последующего нейрофизиологического обследования и организации (в случае необходимости) корректирующих мероприятий.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1) совместном заседании кафедр информатики и математических методов физики Красноярского государственного педагогического университета (2001-2007);

2) международной научно-практической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Новосибирск, 1997);

3) всероссийской конференции «Информатика и информационные технологии в педагогическом образовании» (секция «Проблемы информатизации региона - ПИР-97») (Красноярск, 1997);

4) научно-практической конференции (Новосибирск, 2003);

5) международной научно-методической конференции «Развитие системы образования в России XXI века» (Красноярск, КГУ, 2003);

6) 23-м Всероссийском семинаре преподавателей математики университетов и педвузов «Актуальные проблемы преподавания математики в средней школе и педвузах» (Челябинск, 2004);

7) международной научно-методической конференции «Современные проблемы преподавания математики и информатики» (Тула, 2004);

8) 1-й Региональной конференции (Красноярск, КГПУ, 2004);

9) 11-й научно-педагогической конференции «Педагогика развития: образовательные интересы и их субъекты» (Красноярск, 2004);

10) II Межрегиональной научно-практической конференции с международным участием «Открытое образование: опыт, проблемы, перспективы» (Красноярск, 2006);

И) международной научно-технической конференции «Виртуальные и интеллектуальные системы» ВИС-2006 (Барнаул, АлтГТУ, 2006);

12) научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Новосибирск, 2007);

13) международной научно-технической конференции «Виртуальные и* интеллектуальные системы» ВИС-2007 (Барнаул, АлтГТУ, 2007);

14) международной научной конференции «Молодежь. Образование. Карьера» (Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева, 2008).

Экспериментальная проверка и внедрение основных положений диссертации проводились с 2004 по 2008 годы на базе факультета физики, информатики и вычислительной техники, а также нейрофизиологической лаборатории Красноярского государственного педагогического университета имени В.П. Астафьева и факультета промышленного и гражданского строительства архитектурно-строительного института Сибирского федерального университета.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 20 печатных работ. В" их числе 14 статей (2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК) и два авторских свидетельства на разработанные программы.

Структура диссертации. Диссертация состоит из Введения, трех глав, Заключения, Библиографического списка и приложений. Основное содержание диссертационной работы изложено на 165 страницах машинописного текста, иллюстрированного таблицами и рисунками.

Выводы к главе 3 >

Разработана компьютерная программа обработки протоколов деятельности обучающихся в проблемных средах, позволившая в наглядной форме представить статические и динамические характеристики процесса научения конструированию пространственных объектов. Это позволило создать метод инструментального определения индивидуальных различий обучающихся, их предпочтений, особенностей осуществления учебной деятельности. I 5

Определены качественные и количественные характеристики процесса научения конструированию пространственных объектов, полученные с помощью программы обработки протоколов деятельности. Отмечены показатели, отражающие различные аспекты осуществления деятельности в проблемной среде. j

Введено представление об обучаемости как о векторной величине, состоящей из двух компонент информационной продуктивности учебной деятельности обучающегося: по количеству выполненных заданий; по затраченному времени. Показано, что контент-анализ протоколов деятельности позволяет дифференцировать однородные группы обучающихся по индивидуальным способностям к решению пространственных задач. j f

Установлено, что низкая обучаемость обусловливает потребность в дополнительном ресурсе .времени, а наивысшие показатели обучаемости по времени демонстрируют обучающиеся, выполнившие минимальное количество заданий. Тем не менее высокий уровень v„ не гарантирует высоких показателей v,. .

Выявлены перспективы применения разработанного инструментального метода компьютерной диагностики обучаемости в области исследований интеллектуальной деятельности. На основе сравнительного анализа данных нейрофизиологических исследований базовых когнитивных функций мозга, полученных методом вызванных потенциалов, и протоколов учебной деятельности экспериментально доказана возможность массовой первичной диагностики уровня развития базовых когнитивных функций мозга и познавательных процессов обучающихся на основе разработанных I программных комплексов. i

Предложенный инструментальный метод количественной оценки t способности к продуцированию информации при решении задач позволяет давать рекомендации для индивидуализированного обучения и определять группу риска с возможной недостаточностью уровня развития базовых когнитивных функций мозга. ;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ j с

Перечислим основные результаты, полученные в ходе диссертационного исследования:

1) обобщены и охарактеризованы основные направления развития и применения компьютерных систем управления процессом обучения, показана необходимость в разработке моделей развития учебной деятельности и систем ее управления, реализующих субъект-субъектный подход к обучению;

2) на основе теории активных систем разработана структурно-функциональная модель управления и сформулирован организационно-технологический подход к управлению учебной деятельностью обучающихся решению задач, разработана модель принятия решений обучающимся;

3) разработана информационная концепция учебной деятельности, связывающая процесс развития обучающегося с изменением энтропии и устойчивости его деятельности в проблемной среде;

4) введено понятие проблемной среды. Описана спецификация проблемной i среды, включающая определение показателей производительности обучающегося, исполнительных механизмов центра управления и системы датчиков;

5) описаны особенности моделирования проблемной среды, предлагающей осуществлять деятельность, связанную с конструированием пространственных объектов. Определены факторы, определяющие формирование управляющих воздействий на поведение обучающихся;

6) на основе структурно-функциональной модели управления деятельностью обучающихся в проблемной среде создана динамическая информационная система управления учебной деятельностью обучающихся конструированию пространственных объектов, реализованная в компьютерной программе на основе популярной игры «Пазлы» с помощью системы датчиков;

7) рассмотрен метод определения меры неопределенности обучающегося при совершении действий (энтропии деятельности), связанных с установкой фрагментов изображения, описана вероятностная пошаговая схема поиска решения задачи;

8) определена структура системы действий обучающегося конструированию пространственных объектов в виде ориентированного графа и разработан интерфейс компьютерной программы, позволяющий выделить действия обучающегося, связанные с просмотром, установкой и отменой фрагментов;

9) проведена количественная оценка вероятностных характеристик процесса обучения в проблемной среде на основе математического аппарата цепей Маркова; .

10) создана компьютерная программа обработки протоколов деятельности обучающихся в проблемных средах, являющаяся инструментом для определения индивидуальных различий обучающихся, их предпочтений, особенностей осуществления учебной деятельности, динамики ее изменения;

И) введено новое представление об обучаемости как о векторной величине, состоящей из двух компонент информационной продуктивности учебной деятельности, оцениваемой по количеству выполненных заданий и по затраченному времени. На основе анализа экспериментальной диаграммы рассеяния по компонентам обучаемости, полученной на выборке объемом 150 человек, выделено 4 типа обучаемости; I

12) на основе разработанных программных комплексов показана возможность массовой первичной диагностики уровня развития базовых когнитивных функций мозга и познавательных процессов обучающихся.

Полученные результаты могут быть использованы в качестве основы для проведения дальнейших исследований по проблеме организации управления учебной деятельностью при помощи компьютерной техники и диагностики процессуальных особенностей деятельности обучающихся. t

1. Аванесов, B.C. Основы научной организации педагогического контроля в высшей школе / B.C. Аванесов. М.: ИЦВШ, 1988. - С. 172.г

2. Айламазян, А.К. Информатика и теория развития / А.К. Айламазян, Е.В. Стась. М.: Наука, 1989. - 174 с. i

3. Акимова, М.К. Интеллект как динамический компонент в структуре способностей Электронный ресурс.: дис. . д-ра психол. наук: 19.00.01. М.: РГБ, 1999 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки).

4. Ананьев, Б.Г. Человек как предмет познания / Б.Г. Ананьев — Л.: ЛГУ, 1968.-389 с.

5. Анастази, Анна. Психологическое тестирование / Анна Анастази, Урбина Сьюзан. СПб.: Питер, 2003. - С. 688. : ил. - (Сер. «Мастера психологии»). ;

6. Андерсон, Дж. Когнитивная психология / Дж. Андерсон. СПб.: Питер, 2002. - 496 с. :

7. Анохин, П.К. Принципиальные вопросы общей теории1функциональных систем / П.К. Анохин // Принципы системной организации функций: сб. ст. М.: Наука, 1973. - С. 5 - 61.

8. Анохин, П.К. Теория функциональной системы / Анохин П.К. // Успехи физиологических наук. 1970, Т. 1. -№ 1. - С. 19-54.

9. Архангельский, С.И. Лекции по научной организации учебного процесса в высшей школе / С.И. Архангельский. М.: Высш. шк., 1976.

10. Архангельский, С.И. Учебный процесс в высшей школе, его закономерные основы и методы / С.И. Архангельский. — М.: Высш. шк., 1980.-С. 256.

11. Атанов, Г.А. Деятельностный подход в обучении / Г.А. Атанов. -Донецк: ЕАИ-пресс, 2001.

12. Аттель, У. Обучающая вычислительная машина: моделирование вистинном масштабе времени обучающего диалога / У. Аттель //i

13. Кибернетика и проблемы обучения / ред. и предисл. А.И. Берга. М.: Прогресс, 1970. - С. 206 - 228.

14. Ахлебинин, А.К. Интерактивный компьютерный самоучитель решению задач по химии / А.К. Ахлебинин, С.Г. Чайков // Информационные технологии в образовании: мат. междунар. конгресса конференций ИТО-2003. Москва, 16-20 ноября 2003 г. -М., 2003.

15. Бабанский, Ю.К. Методы обучения в современной образовательной школе / Ю.К. Бабанский. -М.: Просвещение, 1985. С. 208.

16. Балл, Г.А. Теория учебных задач: психолого-педагогический аспект / Г.А. Балл. -М.: Педагогика, 1990. 184 с.

17. Бандура, А. Теория социального научения / А. Бандура. — СПб.: Евразия, 2000. 320 с.

18. Баринова, С.Н. Автоматизированные учебные курсы и их влияние на качество процесса обучения / С.Н. Баринова // Информационные технологии в образовании: мат. конференции. М., 1999. -http://ito.bitpro.ru/

19. Беспалько, В.П. Образование и обучение с 'участием компьютера (педагогика третьего тысячелетия) / В.П. Беспалько. — М.: НПО «Модэк», 2002.-С. 351.

20. Беспалько, В.П. Образование и обучение с участием компьютера (педагогика третьего тысячелетия) / В.П. Беспалько. — М.: Изд-во Московского психолого-социального института, 2002. 302 с.

21. Беспалько, В.П. Основы теории педагогических систем / В.П. Беспалько. Воронеж, 1977.

22. Бирюков, В.В. Программированное обучение автокоду «Инженер» с использованием многопультовой системы /В.В. Бирюков // Теория и применение математических машин / под ред. A.M. Оранского, Н.Н.s

23. Поснова. Минск: Изд-во БГУ, 1972. - С. 213 - 216.

24. Бобкина, С.М. Мультимедийная обучающая программа по геометрии на казахском и русском языках / С.М. Бобкина, Ф.Т. Сатов // Информационные технологии в образовании: мат. междунар. конгресса конференций ИТО-2003. Москва, 16-20 ноября 2003 г. -М., 2003. ,

25. Богоявленская, Д.Б. Психология творческих способностей / Д.Б. Богоявленская. -М.: Академия, 2002.

26. Бортновский, С.В. Система пооперационного контроля в автоматизированных динамических обучающих средах / С.В. Бортновский // межвузовский сборник статей. — Красноярск, 2003.

27. Бортновский, С.В. Проблема обратной связи в динамических тестах / С.В. Бортновский // Актуальные проблемы качества педагогического образования: мат. региональной научно-практической конференции. -Новосибирск, 2003.

28. Брусиловский, П.Л. Методики обучения и представления знаний об обучаемом в экспертных обучающих системах / П.Л. Брусиловский // Исследование и разработка экспертной обучающей системы: отчет (шифр. КОАЛА). М.: МЦНТИ, 1992. '

29. Бубнов, В.А. Компьютерный практикум по линейной алгебре / В.А. .Бубнов // Информационные технологии и методология обучения точным наукам: труды симпозиума. — М., 2002.

30. Бурков, В.Н. Теория активных систем: состояние и перспективы / В.Н. Бурков, Д.А. Новиков. -М.: Синтег, 1999. 128 с.

31. Бусленко, Н.П. Лекции по теории сложных систем / Н.П. Бусленко, В.В. Калашников., И.Н. Коваленко. М.: Советское радио, 1973. — 440 с.

32. Буш, Р. Стохастические модели обучаемости / Р. Буш, Ф. Мостеллер. М.: Физ.-мат. лит., 1962. - 482 с.

33. Васильев, В.Н. Информационные технологии в учебном процессе / В.Н. Васильев, А.В. Сигалов // Информационные технологии в непрерывном образовании: мат. междунар. конференции-выставки. Петрозаводск, 5-9 июня 1995 г. Петрозаводск: СПбГИТМО, 1995.

34. Васильева, С.В. ФОБОС система электронных практикумов / С.В. Васильева // Информационные технологии в образовании: мат. междунар. конгресса конференций ИТО-2003.|Москва, 16-20 ноября 2003 г.-М., 2003.

35. Винер, Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине / Н. Винер. М.: Советское радио, 1968. — 314 с.

36. Гнездицкий, В.В. Вызванные потенциалы мозга в клинической практике /В.В. Гнездицкий. Таганрог, 1997. - 252 с.

37. Горбаченко, И.М. Методы моделирования процесса обучения иразработки интерактивных обучающих курсов Электронный ресурс.: дис. канд. техн. наук: 05.13.01. -М.: РГБ, 2005 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки).

38. Грибкова, В. А. Управление адаптивным диалогом в автоматизированных обучающих системах: методические указания /

39. B.А. Грибкова, Л.В. Зайцева, Л.П. Новицкий. — Рига: РПИ, 1988. — 521. C. ;

40. Грудин, Б.Н. Компьютеризированный практикум по когерентной оптике / Б.Н. Грудин // Информационные технологии в образовании: мат. междунар. конгресса конференций ИТО-2003. Москва, 16—20 ноября 2003 г. М., 2003.

41. Данилюк, С.Г. Автоматизированные системы контроля /С.Г.

42. Данилюк. Серпухов: Минобороны РФ, 1998. >

43. Добронравова, И.С. Синергетика: становление нелинейного мыщления / И.С. Добронравова. К.: Лыбидь, 1990. - 152 с.

44. Домрачеев, В.Г. О классификации образовательныхинформационных технологий / В.Г Домрачеев, И.В. Ретинская //i

45. Информационные технологии. 1996. - №2. - С. 10-13.

46. Доррер, А.Г. Моделирование и разработка интерактивных обучающих систем с адаптацией Электронный ресурс.: дис. . канд. техн. наук: 05.13.01. Красноярск: РГБ, 2006 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки).1

47. Дьячук, П.П. Компьютерные динамические тесты. Психолого-педагогическая диагностика обучаемости: учебное пособие / П.П. Дьячук, А.А. Стюгин Красноярск, 2004. - С. 198.

48. Дьячук, П.П. Динамическое тестирование '/ П.П. Дьячук, Е.В. Лариков, С.В. Бортновский, Д.Н. Кузьмин // 56-е Герценовские чтения: мат. междунар. научной конференции по проблемам обучения математики в школе и вузе. СПб., 2003.

49. Дьячук, П.П. Компьютерные системы управления процессом обучения ученика как неопределенного объекта / П.П. Дьячук // Педагогическая информатика. 2006. — № 1. — С. 80 - 85.

50. Зимняя, И.А. Педагогическая психология: учебное пособие / И.А. Зимняя. Ростов н/Д: Феникс, 1997. - 480 с.

51. Иваницкий, A.M. Мозговые механизмы оценки сигналов / A.M.1

52. Кавтрев, А.Ф. Методика работы с «On-line виртуальной лабораторией» компании «Физикон» /« А.Ф. Кавтрев // Информационные технологии в образовании: мат. междунар. конгресса конференций ИТО-2003. Москва, 16-20 ноября 2003 г. -М., 2003.

53. Калмыкова, З.И. Обучаемость и принципы построения методов ее диагностики / З.И. Калмыкова // Проблемы диагностики умственного развития учащихся. -М., 1975. С. 10-28.I

54. Карпова, И.П. Исследование и разработка подсистемы контроля знаний в распределенных автоматизированных обучающих системах: дис. . канд. тех. наук. М., 2002.

55. Кибернетика и проблемы обучения: сб. переводов / ред. и предисл. А.И. Берга. -М.: Прогресс, 1970. 389 с.

56. Кемени, Дж. Конечные цепи Маркова / Дж. Кемени, Дж. Снелл. М.: Наука. - 1970. - 450 с. »

57. Киевский, С.В. ОРФО-тренажер «Грамотей дом»: новые подходы / С.В. Киевский // Информационные технологии в образовании: мат. междунар. конгресса конференций ИТО-2003.1Москва, 16-20 ноября 2003 г.-М., 2003.

58. Козелецкий, Ю. Психологическая теория решений: пер. с польск / Ю. Козелецкий. М., 1979. - 504 с.

59. Костандов, Э.А. Механизмы деятельности мозга человека. Ч. 1. Нейрофизиология человека / Э.А. Костандов ; ред. Н.П. Бехтерева. -Л.: Наука, 1988. С. 491 - 526.f

60. Костин B.C. Обучающая система по планиметрии / B.C. Костин, Т.А.

61. Матунова, С.В. Попов // Информатика и образование. 2000. - № 10.

62. Краткий психологический словарь сост. А.А. Карпенко; под общ. ред. А.В. Петровского, М.Г. Ярошевского. М.: Политиздат, 1985.I

63. Кривец, В.А. Автоматизированный класс на базе ОЭМ-2 // Теория и применение математических машин / под ред. A.M. Оранского, Н.Н. Поснова. Минск: Изд-во БГУ, 1972. - С. 209 - 213.

64. Кудрявцев, В.Б. Компьютерные системы обучения в точных и гуманитарных науках / В.Б. Кудрявцев,- А.С. Строгалов // Компьютерное моделирование в обучении точным наукам: труды симпозиума. М., 2003.

65. Кухтин, B.C. Системно-структурный подход и спецификафилософского знания / B.C. Кухтин // Вопросы философии. 1968. j11.-С. 47-58.г

66. Лапко, А.В. Имитационные модели неопределённых систем / А.В. Лапко. Новосибирск: Наука, 1993. - 112 с.

67. Лефевр, В.А. Рефлексия / В.А. Лефевр. М.: Когито-Центр, 2003. -496 с.

68. Люгер, Дж. Искусственный интеллект (стратегия и методы решения сложных проблем): пер. с англ. / Дж. Люгер. 4 изд. М.: Вильяме, 2003. - 864 с.

69. Ляпунов, А.А. Кибернетика живого. Биология и информация / А.А. Ляпунов. М.: Наука, 1984. - 140 с.

70. Маркова, А.К. Диагностика и коррекция умственного развития в школьном и дошкольном возрасте / А.К. Маркова, А.Г. Лидере, Е.Л. Яковлева. Петрозаводск, 1992. - 180 с.

71. Маслоу, А. Мотивация и личность: пер. с англ. / А. Маслоу. 3-е изд. -СПб.: Питер, 2006. 352 с. - (Серия «Мастера психологии»)

72. Менчинская, Н.А. Проблемы учения и умственного развития школьника / Н.А. Менчинская. М., 1989. - 206 с.

73. Мирошник, И.В. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами / И.В. Мирошник, В.О. Никифоров, А.Л. Фрадков. СПб.: Наука, 2000. - 550 с.

74. Моисеев, И.Н. Алгоритмы развития / И.Н. Моисеев. М.: Наука, 1987.

75. Муравьева, Е.В. Электронное пособие по дисциплине «Природопользование» для технических вузов / Е.В. Муравьева // Информационные технологии в образовании: мат. междунар. конгресса конференций ИТО-2003. Москва, 16-20 ноября 2003 г. -М., 2003.

76. Новиков, A.M. Методология учебной деятельности / A.M. Новиков. -М.: Эгвес, 2005. -' 176 с.

77. Новиков, Д.А. Закономерности итеративного научения / Д.А. Новиков. М.: Институт проблем управления РАН, 1998. — 77 с.

78. Новиков, Д.А. Институциональное управление организационными системами / Д.А. Новиков. М.: ИПУ РАН, 2003.

79. Новиков, Д.А. Модели адаптации команд / Д.А. Новиков // Управление большими системами. — 2008. № 20.

80. Новиков, Д.А. Модели обучения в процессе работы / Д.А. Новиков // Управление большими системами. 2007. — №19.

81. Новиков, Д.А. Теория управления организационными системами / Д.А. Новиков. М.: МПСИ, 2005. - 584 с. .

82. Орловский, С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации / С.А. Орловский. М.: Наука, 1981. - 206 с.

83. Останин, К.С. Система компьютерного тестирования «Тестэкзаменатор» / К.С. Останин // Информационные технологии в образовании: мат. междунар. конгресса конференций ИТО-2003. Москва, 16-20 ноября 2003 г. М., 2003.

84. Отраслевой стандарт Госкомвуза Российской Федерации //

85. Информационные технологии в высшей : школе: Термины иопределения (Утвержден и введен в < действие Приказом Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию от 12.02.96. № 260). j

86. Павлов, А.А. Автоматизированные системы контроля / А.А. Павлов, Ю.А. Романенко. Ч. 1. М.: Министерство обороны РФ, 1997.

87. Паск, Г. Обучение как процесс создания системы управления / Г. Паск, А.И. Берг // Кибернетика и проблемы обучения. М.: Прогресс, 1970. - С. 25 - 86.

88. Подласый, И.П. Педагогика. Новый курс: учебник для студ. пед.Iвузов. Кн. 1. Общие основы. Процесс обучения / И.П. Подласый. -М.: ВЛАДОС, 1999. 576 е.: ил.

89. Пономаренко, А.В. Интерактивная автоматизированная система обучения для изучения авиационной техники / А.В. Пономаренко, В.Б. Калмыков, B.C. Кулабухов, В.М. Халтобин // Информационные технологии в образовании: мат. междунар. конгресса конференций

90. ИТО-2003. Москва, 16-20 ноября 2003 г. -М., 2003.1

91. Пригожин, И. От существующего к возникающему / И. Пригожин. — М.: Наука, 1985.

92. Пригожин, И. Самоорганизация в неравновесных системах / И. Пригожин, Г. Николис. М., 1979.

93. Пригожин, И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой / И. Пригожин, И. Стэнгрес. М., 1986.

94. Применение ЭВМ в учебном процессе: сборник докладов научно-техн. семинара / под ред. А.И. Берга. М.: Сов. радио, 1969. - 248 с.

95. Программированное обучение и обучающие машины // Труды научно-техн. семинара. Вып. 2. Киев, 1967. ,

96. Раппопорт, А. Математические аспекты абстрактного анализасистем / А. Раппопорт. -М.: Прогресс, 1969. С. 83 - 105.

97. Рассел, С. Искусственный интеллект: современный подход: пер. с англ. / С. Рассел, П. Норвиг. 2-е изд. М.: Вилймс, 2006. - 1408 с.

98. Растригин, JI.A. Адаптация сложных систем / JI.A. Растригин. Рига:1. Зинатне, 1981.-375 с. i

99. Растригин, JI.A. Адаптивное обучение с моделью обучаемого / JI.A. Растригин, М.Х. Эренштейн. Рига: Зинатне, 1988. - 160 с.

100. Растригин, JI.A. Введение в идентификацию объектов управления /

101. JI.A. Растригин, Н.Е. Мафжаров. М.: Энергия, 1977. - 214 с.i

102. Растригин, JI.A. Современные принципы управления сложными системами / JI.A. Растригин. Рига: Зинатне, 1985.

103. Роберт, И.В. О понятийном аппарате информатизации образования / И.В. Роберт // Информатика и образование. — 2002. № 12. - С. 2 - 6.

104. Романенко, Ю.А. Автоматизированное тестирование слушателей по специальным дисциплинам на базе современных информационных технологий / Ю.А. Романенко. Серпухов: СВВКИУ РВ, 1997.

105. Романенко, Ю.А. Автоматизированные системы контроля / Ю.А. Романенко. Ч. 2. -М.: Минобороны РФ, 1998. j

106. Ростунов, Т.И. Сущность программированного метода обучения / Т.И. Ростунов // Программированное обучение и кибернетические обучающие машины / под ред. А.И. Шестакова. М.: Сов. радио,1963.-С. 10-23.

107. Ротенберг, B.C. Поисковая активность и адаптация / B.C. Ротенберг, В.В. Аршанский. М.: Наука, 1982. - 175 с. '

108. Ротенберг, B.C. Мозг, обучение, здоровье / 'B.C. Ротенберг, С.М. Бондаренко. — М.: Просвещение, 1989. — 239 с.

109. Рубинштейн, C.JI. Бытие и сознание. О месте психического во всеобщей взаимосвязи явлений материального мира / C.JI. Рубинштейн. -М., 1957.

110. Рубинштейн, C.JI. О мышлении и путях его исследования / C.JI. Рубинштейн. М., 1958.

111. Сивохин, А.В. Представление знаний в интеллектуальных системахtобучения: учебное пособие / А.В. Сивохин. Пенза: ППИ, 1990. - 86 с.

112. Скиннер, Б. Наука об управлении и искусство обучения: пер. с англ. /

113. Б. Скиннер. Прогр. обуч. за рубежом. М., 1968.

114. Семенов, В,В. Информационные основы кибернетическойкомпьютерной технологии обучения /В.В. Семенов // Информатикаfи вычислительная техника. — № 3. 1997. — С. 37 - 40.

115. Смолянинов, В.В. Структурные и функциональные инварианты распределения биологических систем: автореф. дис. . канд. техн. наук / В.В. Смолянинов Пущино, 1985. — 43 с.

116. Смолянинов, В.В. От инвариантов геометрии к инвариантам управления. Интеллектуальные процессы и их моделирование /В.В.г !

117. Смолянинов -М.: Наука, 1987.

118. Степанцов, В. А. Комплексный подход к разработке!автоматизированных обучающих систем / В. А. Степанцов // Информационные технологии в образовании: мат. междунар. конгресса конференций ИТО-2003. Москва, 16-20 ноября 2003 г. — М., 2003.

119. Стефанюк, В.JI. Теоретические аспекты разработки компьютерныхjсистем обучения: учебное пособие / В.Л. Стефанюк. Саратов, 1995.

120. Соловов, А.В. Проектирование компьютерных систем учебного назначения: учебное пособие / А.В. Соловов. Самара: СГАУ, - 1995.

121. Судаков, К.В. Системное построение функций человека / К.В. Судаков. М.: ИНФ им. П.К. Анохина РАМН, ;1999. - 15 с.

122. Талызина, Н.Ф. Управление процессом; усвоения знаний. Психологические основы / Н.Ф. Талызина. М.: МГУ, 1984.

123. Тарасова, М.С. Электронный аналог учебника по компьютерному моделированию / М.С. Тарасова // Информационные технологии в образовании: мат. междунар. конгресса конференций ИТ02003. Москва, 16-20 ноября 2003 г. М., 2003.' :

124. Теренин, В.В. Образовательные ресурсы компании «Кирилл и

125. Мефодий» в Интернет / В.В. Теренин | // Информационныеiтехнологии и методология обучения точным наукам: трудысимпозиума. М., 2002. ;

126. Теплов, Б.М. Избранные труды Т. 1, Т.2 / Б.М. Теплов. - М., 1985.

127. Тюков, А.А. Рефлекс в науке и в обучении / А.А. Тюков. -Новосибирск: НГУ, 1984. 124 с. !

128. Усачев, А.В. Нейросетевая мультилингвистическая система адаптивного обучения терминологической лексике Электронный ресурс.: дис. канд. техн. наук: 05.13.01. -М.: РГБ, 2005 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки).

129. Хакен, Г. Синергетика: Иерархия неустойчивостей вiсамоорганизующихся системах и устройствах /, Г. Хакен. М., 1985.

130. Хакен Г. Синергетика: пер. с англ. / Г. Хакен. М.: Мир, 1980. 404 с.

131. Хартли, Д. К вопросу об оценке обучающих программ. Кибернетикаи проблемы обучения / Д. Хартли; под ред. А.И. Берга. М.:

132. Прогресс, 1970. С. 350 - 387. 5

133. Хегенхан, Б. Теории научения / Б. Хегенхан, М. Олсон. 6-е изд. — СПб.: Питер, 2004. — 474 с. - (серия «Мастера психологии»)

134. Хокинс, Джефф. Об интеллекте: пер. с англ. / Джефф Хокинс, Сандра Блейксли. М.: Вильяме, 2007. - 240 с. ,

135. Чхартишвили, А.Г. Теоретико-игровые модели информационногоiуправления в активных системах Электронный ресурс.: дис. . д-ра физ.-мат. наук: 05.13.01. М.: РГБ, 2006.

136. Шагас, Ч. Вызванные потенциалы головного мозга в норме и патологии / Ч. Шагас. М.: Мир, 1975. '

137. Шадрин, И.В. Динамическая информационная система управления и диагностика обучаемости / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук // Информационные технологии моделирования и управления. 2008. — № 2(45). - С. 229-237. i

138. Шадрин, И.В. Динамические интеллектуальные системы, диагностирующие когнитивные стратегии! процесса научения решению математических задач / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук, А.А.I

139. Стюгина, И.П. Малова // Ползуновский альманах. — Барнаул, 2006.4. С. 91 - 94. 1

140. Шадрин, И.В. Компьютерная диагностика f обучаемости / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук, А.А. Стюгин // Молодежь. Образование. Карьера: мат. междунар. научной конференций. Красноярск, 2008. -С. 96-101.

141. Шадрин, И.В. Динамическое компьютерное тестирование энтропийного фактора деятельности учащихся / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук // Педагогическая информатика. 20051 - № 2. - С. 8 - 12.

142. Шадрин, И.В. Инструментальный метод исследования деятельности обучающихся конструированию пространственных объектов / И.В. Шадрин // Системы управления и информационные технологии. — 2008.-№2.2(32).-С. 308-311.5

143. Шадрин, И.В. Компьютерный манипулятор преобразования графиков функций /И.В. Шадрин, П.П. Дьячук // Новые информационные технологии в университетском образовании: мат.i-С. 123. !j

144. Шадрин, И.В. Мультиагентная интеллектуальная система информационного взаимодействия обучающихся / И.В. Шадрин // Ползуновский альманах. Барнаул, 2006. - № 4. - С. 122-125.

145. Шадрин, И.В. О компьютерном динамическом тестировании / И.В.

146. Шадрин, П.П. Дьячук, С.В. Бортновский «// Развитие системыiобразования в России XXI века: тезисы докладов международной научно-методической конференции. Красноярск, 2003.I

147. Шадрин, И.В. Обучающие тесты в физике;и математике / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук // Информатика . и информационные технологии в педагогическом образовании: тезисы и мат.всероссийской конференции. Красноярск, 1997. - С. 139.1 t

148. Шадрин, И.В. Особенности компьютерного; управления учебной деятельностью учащихся / И.В. Шадрин, А. А. Стюгин // Современные проблемы преподавания математики и информатики: мат. междунар. научно-методической конф. Тула, 2004. - Ч. П. - С.I142.149. !

149. Шадрин, И.В. Рисуночные компьютерные (Динамические тесты-тренажеры / И.В. Шадрин, П.П. Дьячук, Т.И. Отто // Новые информационные технологии в университетском образовании: мат. научно-практической конф. Новосибирск, 2003. - С. 337.

150. Динамические пазлы. № 2006613049. Реестр программ для ЭВМ,1 сентября 2006.

151. Игровой динамический компьютерный тест. № 2005610829. Реестр программ для ЭВМ, 11 апреля 2005. :

152. Шампанер, Г. Обучающие компьютерные системы / Г. Шампанер, А. Шайдук // Высшее образование в России. 1998. - № 3. - С. 97 -99.1.I

153. Шмальгаузен, И.И. Кибернетические вопросы биологии / И.И. Шмальгаузен. — Новосибирск: Наука, 1968. 223 с.

154. Шмелев, А.Г. Адаптивное тестирование знаний в системе «Телетестинг» / А.Г. Шмелев, А.И. Бельцер, А.Г. Ларионов, А.Г. Серебряков // Информационные технологии в образовании: тезисы международной конференции-выставки. М., 2000.

155. Эшби, У.Р. Введение в кибернетику / У .Р. Эшби. М., 1959.

156. Якиманская, И.С. Развитие пространственного мышления школьников / И.С. Якиманская. -М.: Просвещение, 1980.-240 с.

157. Bertsekas D.P., Tsitsiklis J.N. Neuro-Dynamic Programming. Belmont, MA: Athena, 1996.

158. Brown D.C. Subgroup norming: Legitimate testing practice or reverse discrimination? American Psychologist, 49, 927 928 pp. 1994.

159. Coulson J.E. Computers in research and development on automatedinstruction. // "Proceedings of the IV-th international congress ofi \cybernetic medicine", Nice, 1966. p. 241-257.

160. Gable A., Page C.V. The use of Artificial Intelligence techniques in computer assisted instruction: an overview // International J. of Man-Machine Studies. -Y. 12. -№3. - P. 259-282. 1980.

161. Kodratoff Y., Michalski R.S. ed. Machine Learning. An Artificial Intelligence Approach. Vol. 3. Los Altos, CA: Morgan Kaufinann, 1990.

162. Langley P. Elements of Machine Learning. San Francisco: Morgan Kaufmann, 1995.

163. Martin A. Computational Learning Theory: An Introduction. Cambridge: Cambridge University Press, 1997.

164. Michalski R.S., Garbonell J.G., Mitchell T.M. ed. Machine Learning. An Artificial Intelligence Approach. Vol. 1. Palo Alto, CA: Tioga, 1983.

165. Mitchell T.M. Machine Learning. New York: McGraw Hill, 1997.

166. Rosenblatth A., Winer N. The role of Models in Science // Philosophy of Science. 1945. - Vol.12. -№ 14.

167. Uttal W.R. On conversational interaction // "Programmed Learning and Computer Based Instruction". New York: Wiley, 1962.