автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Создание программируемых учебных модулей на основе объектно-ориентированного подхода к хранению учебно-методической информации

МИНАСОВА Наталья Сергеевна

СОЗДАНИЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ УЧЕБНЫХ МОДУЛЕЙ НА ОСНОВЕ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА К ХРАНЕНИЮ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

(применительно к самостоятельной работе студентов)

Специальность 05.13.11 Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА 2006

Работа выполнена на кафедре информатики Уфимского государственного авиационного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Юрий Степанович Кабальнов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Геннадий Григорьевич Куликов доктор физико-математических наук, доцент Рамиль Мидхатович Асадуллин

Ведущее предприятие: Уфимский государственный нефтяной

технический университет

Защита состоится « •З » ¿-¿Оь&ЗАр 2006 г. в часов на заседании диссертационного совета К-212.288.01 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу:

450000, г. Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета

Автореферат разослан «_»_2006 г.

Ученый секретарь диссертационного кандидат физ.-мат. наук

совета^-""/7 Р.А. Гараев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время самостоятельная работа студентов (СРС) занимает всё более значимую часть учебной нагрузки. В Государственных образовательных стандартах под СРС по дисциплинам отводится до 60% всей учебной нагрузки при очной форме обучения и этот объем значительно возрастает при заочном обучении. При этом следует отметить, что первоначальный уровень подготовки студентов, поступивших в ВУЗ, существенно различен. Это, в силу ряда объективных причин, характерно, прежде всего, для дисциплины «Информатика».

Все это требует использования новых подходов к организации СРС, в том числе - внедрения личностно-ориентированного подхода. Однако, широкому внедрению данного подхода препятствует отсутствие адекватных информационных средств поддержки СРС. Так недостатком систем, использующих технологии обучения в реальном масштабе времени, является необходимость постоянного удержания канала связи, что достаточно дорого. Применение же известных схем организации работы обучаемого в пакетном режиме (модульном) наталкивается на отсутствие эффективных схем организации учебной информации внутри пакета.

Одним из решений указанных выше проблем является создание личност-но-ориентированных автономных программируемых учебных модулей для СРС с использованием технологий электронного обучения и систем управления базами данных. Следует отметить, что непосредственное использование концепции баз данных и известных СУБД для решение данной задачи не является эффективным по следующим причинам. Во-первых, характерной чертой учебной информации является широкий спектр семантического содержания и синтаксических форм ее представления, в то же время, существующие СУБД обладают ограниченными возможностями по представлению такого типа информации. Во-вторых, для формирования учебного контента необходимо располагать возможностью представления сложных семантических конструкций, ориентированных на обучение, которые сложно реализовать с помощью внутреннего языка СУБД. В-третьих, для выдачи обучаемому учебного контента в нужной форме (аудио, видео, текст и др.) необходимо «привязывать» процедуры его обработки к типу контента, что отсутствует в существующих СУБД.

Исходя из вышеизложенного, актуальной является разработка методов хранения и обработки в системах электронного обучения (СЭО) на базе объектно-ориентированного подхода сложной по семантическому содержанию и структуре учебной информации, а также программных инструментальных средств создания личностно-ориентированных автономных программируемых

электронных учебных модулей (ЭУМ). Здесь под автономное

ттШттшя

БИБЛИОТЕКА (¡.-Петербург _ОЭ 2е$)акт,/7

дулей понимается возможность работы с ними обучаемого в среде, отличной от среды их создания. С целью повышения эффективности работы обучаемого с такими учебными модулями предлагается включить в их состав активное содержание для управления процессом обучения и контроля усвоения учебного материала.

Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка моделей и алгоритмов создания в системах электронного обучения автономных программируемых учебных модулей, обеспечивающих информационную поддержку самостоятельной работы студентов и позволяющих рационально использовать телекоммуникационные и вычислительные ресурсы.

Задачи исследования

Для достижения цели работы поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ существующих в настоящее время систем электронного обучения и выявить их возможности с точки зрения реализации индивидуализированного программированного обучения с использованием автономных учебных модулей.

2. Разработать логическую модель базы данных для хранения учебного контента в системе электронного обучения на основе объектно-ориентированного подхода, позволяющего выполнять сборку отдельных фрагментов автономного электронного учебного модуля из компонентов структурированной учебно-методической информации, рационально использующего телекоммуникационные и вычислительные ресурсы.

3. Разработать программные инструментальные средства для создания в автоматизированном режиме автономных программируемых учебных модулей.

4. Разработать программное обеспечение, реализующее алгоритмы взаимодействия обучаемого с автономным программируемым учебным модулем, позволяющее получать широкую гамму траекторий обучения.

5. Осуществить практическую реализацию предлагаемых моделей и программного обеспечения создания программируемых автономных учебных модулей для СРС в системе электронного обучения и оценить качество полученного программного продукта.

Методы исследования

Результаты исследований, выполненных в работе, базируются на использовании методов модульного и объектно-ориентированного программирования, теории системного моделирования, теории принятия решений, аппарата баз данных, реляционной алгебры, теории множеств и графов.

Результаты, выносимые на защиту

- Логическая модель базы данных для организации хранения и обработки

структурированной учебно-методической информации, реализованная на базе объектно-ориентированного подхода, позволяющая в отличие от существующих в значительной мере упросить последующую сборку взаимосвязанных фрагментов учебно-методического материала за счет использования таблицы рекурсивных связей объектов, а также рационально использовать имеющиеся телекоммуникационные и вычислительные ресурсы.

- Программные инструментальные средства для создания автономных программируемых учебных модулей для самостоятельной работы студентов в системе электронного обучения, реализованные на основе использования логических связей между объектами учебно-методической информации внутри фрагментов и отношений между различными фрагментами учебного материала внутри учебного модуля, что позволяет в высокой степени автоматизировать процесс сборки учебных материалов.

- Программное обеспечение, реализующее алгоритмы взаимодействия обучаемого с учебным модулем в процессе самостоятельной работы на компьютере без постоянного подключения к сетевым ресурсам на основе использования языка программирования Java-script, позволяющее получать широкую гамму траекторий обучения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложенная логическая модель базы данных для организации хранения и обработки учебно-методической информации, реализованная на базе объектно-ориентированного подхода, позволяет:

а) упростить последующую сборку взаимосвязанных фрагментов учебно-методического материала;

б) рационально использовать имеющиеся телекоммуникационные и вычислительные ресурсы.

2. Разработанные программные инструментальные средства для создания автономных программируемых учебных модулей для самостоятельной работы студентов в системе электронного обучения, использующие логические связи между объектами внутри фрагментов и отношения между различными фрагментами внутри учебного модуля, позволяют автоматизировать процесс сборки учебных материалов.

3. Разработанное программное обеспечение реализует алгоритмы взаимодействия обучаемого с автономным электронным учебным модулем и позволяет получать широкую гамму траекторий обучения.

Практическая ценность Результаты диссертации позволяют:

1. Организовать эффективное хранение, поиск и обработку учебно-методической информации, необходимой для создания в системе электронного обучения автономных учебных модулей, предназначенных для самостоятель-

ной работы студентов.

2. Автоматизировать и формализовать процесс подготовки автономных программируемых учебных модулей в системе электронного обучения.

3. Повысить эффективность использования телекоммуникационных и вычислительных ресурсов в процессе доставки обучаемому и работы с автономным ЭУМ за счет рациональной компоновки структуры и содержания учебного контента в ЭУМ.

4. Повысить эффективность СРС за счет предоставления обучаемым индивидуализированных интерактивных автономных программируемых учебных модулей, позволяющих им самостоятельно в удобное время осваивать учебно-методический материал и контролировать результаты его усвоения.

5. Использовать разработанное программное обеспечение для управления обучением и контроля за результатами усвоения учебного материала на базе тестирования в рамках самостоятельной работы обучаемого.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: ХШ Всероссийской научно-методической конференции «Проблемы качества образования», Уфа-Москва (2003); VI Всероссийской объединенной конференции «Технологии информационного общества - Интернет и современное общество» (18Т/1М8-2003), Санкт-Петербург (2003); 8-й Московской международной телекоммуникационной конференции студентов и молодых ученых, Москва, МИФИ (2004); XV Всероссийской научно-методической конференции «Актуальные проблемы качества образования и пути их решения в контексте европейских и мировых тенденций», Уфа-Москва, УГАТУ (2005); Зимней школе-семинаре аспирантов ФИРТ УГАТУ, Уфа (2006).

Основные материалы по теме диссертации опубликованы в 18 работах и внедрены в Уфимском государственном авиационном техническом университете и Туймазинском индустриальном техникуме.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Основная часть содержит 154 страницы, включает 33 рисунка и 6 таблиц. Список использованных источников содержит 104 наименования. В приложениях приведены: примеры экранных форм автономного электронного учебного модуля; фрагменты исходных кодов программы «Учебный модуль»; документы по Программе поэтапного внедрения на кафедре информатики технологий автоматизированного сетевого и дистанционного обучения; свидетельства о регистрации программ в РОСПАТЕНТ; акты о внедрении основных результатов диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации обосновывается актуальность решаемых задач, формулируются цели и задачи исследования, приводятся основные положения и результаты, выносимые на защиту, отмечается их новизна и практическая значимость. Приводятся сведения о внедрении результатов, апробации работы и публикациях.

В первой главе представлен анализ возможностей существующих систем электронного обучения с точки зрения информационной поддержки СРС, который позволил выявить присущие большинству из них недостатки: организация хранения учебного материала в файловых структурах; практическое отсутствие человеко-машинных процедур, позволяющих в интерактивном режиме генерировать автономные учебные материалы, предназначенные для СРС; небольшой выбор траекторий обучения в предоставляемых обучаемому учебно-методических материалах; отсутствие интеграции в СЭО компонентов, предназначенных для поддержки аудиторных форм организации учебного процесса и СРС; отсутствие организации контроля усвоения обучаемым учебно-методического материала в процессе СРС.

На основании выполненного обзора сформулированы основные особенности организации СРС на базе использования СЭО, с учетом которых в работе производится реализация создания программируемых учебных модулей для СРС: отсутствие жестких ограничений на временной промежуток, отводимый обучаемому на изучение учебного материала; отсутствие жесткой регламентации ее содержания государственными образовательными стандартами; необходимость самоконтроля усвоения учебного материала в процессе работы с ЭУМ; целесообразность размещения учебного контента автономного ЭУМ в едином файле; возможность создания мобильного ЭУМ, позволяющего реализовать процесс обучения независимо от СЭО; возможность компиляции ЭУМ в виде упакованного файла относительно небольших размеров, позволяющих свободно передавать его по каналам связи с невысокой пропускной способностью, а также на машинных носителях небольшой емкости.

Рассмотрены средства и методы создания автономных, по отношению к СЭО, учебно-методических материалов (УММ), предназначенных для самостоятельной работы студентов.

Приведена классификация и выполнено сравнение различных способов представления электронных учебно-методических материалов, предназначенных для СРС, с выделением преимуществ и недостатков.

Во второй главе рассматривается построение моделей и методов создания автономных программируемых электронных учебных модулей для СРС на базе СЭО.

На базе использования методологии функционального моделирования БАХУГ разработана функциональная модель создания ЭУМ; детально проанализированы функции системы и определены ее основные структурные компоненты, позволяющие в значительной мере формализовать и автоматизировать процесс подготовки автономных по отношению к СЭО электронных учебных моделей, предназначенных для СРС.

Предложены модифицированные методы организации хранения и обработки учебно-методической информации (УМИ) в таблицах реляционной базы данных, основанные на объектно-ориентированном подходе, реализующие логические связи между объектами (рисунок 1). Основная идея данного подхода заключается в глубокой декомпозиции исходного учебно-методического материала до уровня логически завершенных и неделимых единиц учебно-методической информации различного вида (текст, гипертекст, рисунок, мультимедиа). Каждый объект включает в свой состав данные и метаданные, и к нему применим набор методов, характерных для него.

Наличие логических взаимосвязей позволяет реализовать более совершенные механизмы сборки учебного контента.

Объект учебно-методической информации

Блок данных

Основные метаданные

Наименование

Тип данных (текст, рисунок,

формула, таблица, звук, видеоролик, программа и т.д.)

Дополнительные метаданные

СЭО

Автор

Области знаний

Стадия обучения

Ключевые слова

Источник

Комментарий

Программные технологии

Наименование внешней программы обработки

Автор

Контактные реквизиты (е-таП, иг!)

Методы объекта

Стандартные программы обработки / программы СЭО

Автор

Контактные реквизиты

Рисунок 1 - Объектная модель хранения УМИ

Предложенный подход позволяет собирать многосвязные структуры фрагментов УММ и реализовывать связи как внутри них, так и между отдельными фрагментами одного автономного ЭУМ.

Модель формирования автономного ЭУМ модуля представляется в виде

трехуровневой структуры, показанной на рисунке 2.

У"""

/

( Автономный ЭУМ

о. - о, V

-/У

.Методы управления контентом

Сборка и генерация учебного модуля

-1 О, 1 К

Логические \ связи

Связывание объектов УМИ и сборка фрагментов УММ

Рисунок 2 - Модель формирования учебного материала

Для создания базы данных УМИ была разработана информационная модель, определяющая структуру таблиц реляционной базы данных и их взаимосвязи, фрагмент которой представлен на рисунке 3.

TweOfData

0faj8Ct8

object Jd

FO-Unks

Fragments

name data typa (FK)| dala

fragmented (F К) order

pobj$ct_plaçe object _id(F К)

Users

UTUnks

user id (FK)\ taskJd(FK).

hanifingjdatd' delivery_date

FQ ; Links fragment id (FK)

«¿и (fkT

Гг= fragmentJd

1 name i

i developerjd ¡

LI date j

test_q_quântity

testjimit_by

test limit time

test_ok_percent

"1

weight

itm tasks _ taskjd

taskjroo . dei»l0pe_date' developer ici

OA Unks 9jd (FK)

Questions

fragment Jd(FK)J> Answer

"weight

J

a id

Рисунок 3 - Фрагмент информационной модели

Отличительной чертой организации хранения связей между объектами УМИ является рекурсивное хранение данных в таблице РО_1лпкБ, позволяющее создавать сложные иерархии взаимодействия учебных фрагментов. Другой отличительной особенностью предлагаемой информационной модели является

сравнение контрольных вопросов и вариантов ответов тем же способом, что и учебных фрагментов, поскольку большинство ответов на тестовые задания явным образом являются теми же фрагментами учебного материала. Связь вопросов с ответами и указание корректности последних реализуется с помощью таблицы С>А_1.шкз. Кроме того привязка тестовых заданий к фрагментам учебных модулей осуществляется с помощью таблицы РСЦЬткз. Реализованная таким образом увязка учебных и контрольных материалов позволяет реализовать непротиворечивость, минимальную избыточность и целостность структуры учебных модулей и является достаточной для последующей генерации обучаемому учебного материала на основе анализа результатов тестирования.

В базе данных СЭО хранится конечное множество А объектов О учебно-методической информации А = {О, | г е Ы). Фрагменты ^ учебного модуля С состоят из объектов О. Таким образом,

Каждый объект представляет собой совокупность данных Д- и метаданных: основных М, и дополнительных которые отражают возможность связей между объектами, а также методов отображения Р.

(1)

Каждый объект может быть связан хотя бы с одним другим объектом или с несколькими, можно сказать, что каждый объект- при формировании фрагментов получит множество связей. Количество объектов, с которыми существуют связи, будет варьироваться от 1 до Ы, при этом добавление нового объекта в БД УМИ может привести к изменению количества связей и у исходных.

(2)

где I) -у'-тая связь (-того объекта.

Фрагмент образуется исходя из анализа метаданных объекта с учетом связей {Ц,Ь2,Ь^,...,Ь0}-> {0[,02,0^,...,0д}, где /-индекс объекта, не требующий обязательного возрастания в арифметической прогрессии.

Таким образом:

V/? € С: {Ьх, 12, ¿3 >-, Ьв} {0\ ,02, Оъ,..., Ов} (3)

Для всего учебного модуля будет верно:

VCeЛ и УСЦад,^,...,^}, (4)

где т - количество фрагментов в учебном модуле.

Следуя тому, что учебный модуль С состоит из отдельных фрагментов, можно сказать, что С = {о},

п = Рг ={02и02ъ0гъ,...,02д} (5)

Для удобства каждый элемент множеств имеет свой собственный индекс, однако на практике в различных фрагментах учебно-методической информации будут встречаться одинаковые объекты.

С = {01,02,03,...,^}, (6)

где к - количество объектов, составляющих учебный модуль.

Общее количество объектов в учебном модуле 5, будет являться мощностью множества С: 51 = |С|.

При повторном (многократном) использовании объекта, целесообразнее включать его в документ только один раз, в последующих случаях используя ссылку на его первоочередное месторасположение. Таким образом, количество объектов, входящих в ЭУМ, будет равно 5'

8' = иР2иFз...u\/?2 \^..Л. (7)

Генерация ЭУМ системой электронного обучения ведется на основе транзакций к модели обучаемого, т.е. каждый учебный модуль строится с использованием ее параметров. Информация, хранящаяся в модели обучаемого, условно поделена на три основных компонента: данные об обучаемом; программа обучения; история обучения. Модель обучаемого позволяет реализовать индивидуализированный подход к сборке ЭУМ. На рисунке 4 показана схема формирования ЭУМ, являющихся по сути автономными как относительно СЭО, так и относительно друг друга.

Рисунок 4 - Модель сборки учебных модулей

При этом, в ЭУМ, созданных в СЭО, обеспечиваются отношения преемственности учебного контента за счет учета информации о ранее созданных для обучаемого ЭУМ, которая хранится в модели обучаемого. Наличие одинаковых

объектов учебно-методической информации в различных ЭУМ не говорит о тождественности ЭУМ друг другу. В этом состоит суть возможности генерировать из БД УМИ различные по глубине изучения ЭУМ по одной и той же теме: за счет вариации объектов, составляющих фрагменты учебно-методического материала, и их количества.

Для организации использования индивидуализированного подхода к генерации и сборке ЭУМ предложено учитывать характеристики обучаемого, получаемые СЭО при её взаимодействии с пользователя вне рамок СРС (до этапа генерации очередного ЭУМ). Применение данного метода дает возможность получить адаптированный к конкретному обучаемому (группе обучаемых) автономный электронный учебный модуль.

В третьей главе рассматриваются алгоритмы программных инструментальных средств создания программируемых учебных модулей в автоматизированном режиме, базирующиеся на запросах к базе данных, процесс сборки в котором представляет собой человеко-машинную процедуру; а также алгоритмы, согласно которым обучаемый взаимодействует с ЭУМ в процессе СРС.

Алгоритм генерации автономных электронных учебных модулей представляет собой четко регламентированную последовательность действий, следование которым позволяет разработчику в диалоге с СЭО создавать на основе запросов пользователя необходимый учебно-методический материал.

Для реализации индивидуализированного подхода к обучению в процессе СРС предложен алгоритм интерактивного взаимодействия обучаемого с ЭУМ, иллюстративно представленный в виде графа, который позволяет реализовать четыре вида переходов по учебному контенту и отказаться от «жесткого» программирования процесса обучения.

На рисунке 5 показан граф, иллюстрирующий варианты активизации переходов пользователя по фрагментам УММ с процессе работы с ЭУМ.

Относительная свобода выбора вариантов переходов, предоставляемая алгоритмом обучения, обусловлена спецификой организации СРС, предоставляющей обучаемому высокую степень самостоятельности в выборе последова-

тельности изучения учебного материала.

Управляющие воздействия могут бьтгь реализованы на базе скриптов, внедренных в ЭУМ вместе с объектами УМИ на этапе его создания. Скрипты (программные коды) хранятся в базе данных СЭО. Переходы между различными фрагментами УММ могут осуществляться при наступлении событий, активизированных одним из перечисленных ниже действий пользователя:

- выбор обучаемым управляющего элемента для перехода по УММ;

- ответ обучаемого на запрос, выданный со стороны ЭУМ;

- результаты выполнения обучаемым заданий, включенных в состав ЭУМ;

- результаты контроля знаний обучаемого на основе тестирования в ЭУМ.

Для оценки состояния обучаемого в процессе его взаимодействия с учебным модулем предлагается подход, основанный на выполнении тестовых заданий, представленных в виде фрагментов, содержательная часть которых связана с объектами, в которых хранится теоретический материал. Такой подход позволяет на основе обработки результатов выполнения тестовых заданий обучаемым осуществлять для него сборку индивидуализированного учебного материала, а также оценивать уровень усвоения им учебного материала, представленного в ЭУМ.

Для анализа результатов выполнения теста используется подход к выставлению баллов по выполненным тестовым заданиям с учетом выбранной шкалы оценки тестового контроля, согласно которой балл, полученный обучаемым может быть равен 0 либо 1 в случае бинарной оценки (ответ «верно» - «не верно»), либо находится в интервале от 0 до 1 в остальных случаях.

Определим количество объектов, на основе которых будет автоматически собран дальнейший УММ по результатам анализа текущего состояния обучаемого, устанавливаемого в ходе выполнения им теста, включающего п тестовых заданий. Подразумевается, что каждое тестовое задание состоит из совокупности вопроса и вариантов ответа и при этом представляет собой один фрагмент учебного модуля.

Согласно формулировкам, использующимся ранее, каждый /"У - фрагмент тестового задания состоит из в объектов. Тогда количество объектов, участвующих в каждом 7<У будет:

(8)

Таким образом, общее количество элементов, участвующих в формировании блока «тест 1»:

П гг

5'г = (9)

С точки зрения метаданных, в которых содержится такое понятие как «ключевые слова», к которым относится и <сгема вопроса», а точнее тема к которому относится объект, некоторые объекты, входящие в состав блока «тест 1» будут совпадать (в ситуации, когда обучаемый не ответил на ряд вопросов, относящихся к одной теме, или в разных тестовых заданиях встречались одинаковые объекты). Количество объектов, на основе связей которых нужно строить новый учебно-методический материал будет:

= |К1Г \ \ ... \ | (10)

Далее можно выделить множество объектов, которые будут являться уникальными с точки зрения метаданных, это

Г = (11)

При этом

(12)

Выбор объектов из БД УМИ для нового учебного материала будет идти в соответствии с уникальными метаданными.

/1 М\:А-*А', (13)

где А'- это множество объектов для дальнейшей генерации, выбранных из БД УМИ на основе анализа метаданных.

Таким образом, число объектов, которые будут участвовать в создании нового учебного материала, генерируемого пользователю на основании результатов выполнения текущего тестового контроля

(14)

Считая, что таких уникальных метаданных может быть п - по количеству тестовых: заданий (в случае, если все вопросы будут по разным темам), то максимальное количество объектов £>, необходимых для возможной генерации нового учебного материала, предоставляемого пользователю на основании результатов прохождения теста:

2 = 5" *п (15)

В четвертой главе рассматривается практическая проверка реализованных на основе предложенных моделей и алгоритмов автономных электронных учебных модулей для СРС на базе системы электронного обучения. Обосновывается выбор программных и аппаратных средств для реализации подготовки учебных модулей. Описываются применяемые в процессе сборки шаблоны.

На рисунке 6 показан процесс создания автономного электронного учебно-

го модуля в СЭО, представленного в виде скомпилированного гипертекстового руководства (в формате сЬт), предназначенного для СРС.

Система электронного обучения

Программаые инструментальные средства сборки УМ

Скрипты обработки контента в УМ

База данных объектов УМИ

Модель обучаемого Данные об обучаемом Программа обучения История обучения

База шаблонов _

*Т| Данные

U о результатах обучения

Доставка обучаемому ЭУМ

Автономный электронный учебный модуль

Учебный контент (объекты УМИ -учебные фрагменты)

Скрипты обработки учебного контента (сборка, отображение)

Скрипты оценки состояния обучаемого па основе тестирования

Рисунок 6 - Процесс создания скомпилированного автономного ЭУМ

В качестве примера практической реализации автономного электронного учебного модуля для СРС рассмотрен УММ раздела «Программирование на языке высокого уровня Visual Basic» базового курса «Информатика», представленный в различных форматах.

Выполняется оценка качества автономных электронных учебных модулей как программной продукции на основе использования ГОСТов в области качества программной продукции. Коэффициент KtJ, характеризующий z'-ый показатель качества j-го варианта представления электронных УММ (J = (1, «)), вычислялся по значению измеряемого показателя PtJ по формуле

PiJ

KiJ= 1-

max(Pi>hPiy2,-,Pi,n)

(16)

Расчетный показатель качества для каждого /-го варианта

т

Wj

K°6'4J = тах(АГ,-д, Ki2 )'

(17)

где т - количество показателей, качества.

По расчетным и экспертным показателям построены диаграммы, отражающие показатели качества автономных ЭУМ (рисунок 7).

html (с html (со chm(c chm(co примерами) скриптами и примерами) скриптами и примерами) примерами)

® Эффективность по вычислительным ресурсам И Комплексная эффективность с учетом экспертных оценок

Рисунок 7 - Показатели качества автономных ЭУМ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе проведенного анализа существующих систем электронного обучения было выявлено отсутствие систем, реализующих личностно-ориентированное программированное обучение с использованием автономных учебных модулей.

2. Разработана логическая модель базы данных для хранения учебного контента в СЭО на основе объектно-ориентированного подхода, позволяющего выполнять в автоматизированном режиме сборку автономного электронного учебного модуля из элементарных объектов данного контента. Данная модель реализует модифицированный объектно-ориентированный подход к организации хранения и представления учебного контента, на основе кольцевых структур позволяющий: а) реализовывать необходимые связи как внутри фрагментов учебного материала, так и между отдельными фрагментами, обеспечивающие семантическую целостность создаваемого автономного электронного учебного модуля; б) рационально использовать телекоммуникационные и вычислительные ресурсы.

3. Разработаны программные инструментальные средства для создания в автоматизированном режиме автономных программируемых учебных модулей. Программные инструментальные средства обеспечивают поиск в базе данных объектов УМИ, необходимых для реализации хранимого в системе обобщенного алгоритма обучения, и сборку их в отдельные фрагменты учебного материала, составляющие автономный программируемый учебный модуль.

4. Разработано программное обеспечение, реализующее алгоритмы взаимодействия обучаемого с автономным программируемым учебным модулем, позволяющее получать широкую гамму траекторий обучения. Программное обеспечение использует оценку состояния обучаемого с точки зрения усвоения им учебно-методического материала и основано на тестовом контроле знаний, проводимом в процессе работы обучаемого с автономным учебным модулем.

5. Осуществлена практическая реализация предлагаемых моделей и алгоритмов создания в СЭО автономного электронного учебного модуля на приме-

ре раздела «Программирование на языке высокого уровня Visual Basic» базового курса «Информатика». Проведенная оценка качества данного модуля показала, что интегральный коэффициент качества, рассчитанный в соответствии с ГОСТ 28195-89 и РФ ISO 9126-2001, у скомпилированного учебного модуля выше, чем у аналогичных гипертекстовых учебных материалов в 1,23 раза и выше чем электронных учебных материалов, представленных в формате Microsoft® Office Word (doc) в 3,2 раза, а в формате Adobe® Reader® (pdf) - в 2,6 раза.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кабальнов Ю.С., Тархов C.B., Минасова Н.С. Электронный документооборот в системе дистанционного обучения // Проблемы качества образования: Материалы ХШ Всеросс. науч.-метод. конф., Уфа-Москва, 2003. - С. 39-40.

2. Тархов C.B., Минасов Ш.М., Минасова Н.С. Система дистанционного обучения на базе технологий интернет // Проблемы качества образования: Материалы ХП1 Всеросс. науч.-метод. конф., Уфа- Москва, 2003. - С. 99-100.

3. Свид. об офиц. per. программы для ЭВМ № 2003612176. Информационно-обучающая система дистанционного обучения K-Media (ИОС ДО К-Media) / Минасов Ш.М., Тархов C.B., Минасова Н.С. -№2003611619; Заяв. 23.07.03; Опубл. 22.09.03. РосПатент. 2003.

4. Практическая реализация системы дистанционной последипломной подготовки специалистов медицинского профиля / Минасов Б.Ш., Зиганшин И.Н., Минасов Ш.М., Минасова Н.С., Тархов C.B. // Здравоохранение Башкортостана. Науч.-пракг. медицинский журнал. Уфа. - 2003. - Спец. выпуск №6. -С. 154-157.

5. Свид. об офиц. per. программы для ЭВМ № 2003612532 Система последипломного обучения врачей травматологов-ортопедов Ganimed (СПДО Ganimed) / Минасов Ш.М., Тархов C.B., Минасова Н.С., Минасов Б.Ш., Зиганшин И.Н. -№2003612286; Заяв. 03.11.03; Опубл. 17.11.03. РосПатент. 2003.

6. Тархов C.B., Минасов Ш.М., Минасова Н.С. Универсальный программный комплекс системы дистанционного обучения на базе интернет-технологий // Технологии информационного общества - Интернет и современное общество: VI Всеросс. объединенная конф. (IST/IMS-2003). -СПб., 2003. -С. 114-115.

7. Кабальнов Ю.С., Минасова Н.С. Программируемые курсы в системе дистанционного обучения на базе технологий интернет // Материалы 8-й Московской междунар. телеком, конф. студ. и молодых ученых. М.: МИФИ, 2004. -С. 73-74.

8. Минасов Ш.М., Минасова Н.С.Семантический анализ связей учебных дисциплин на примере системы дистанционного обучения // Современные проблемы информатизации в непромышленной сфере и экономике: Сб. трудов, /под ред. О.Я. Кравца. -Воронеж: Научная книга. -2005. -Вып. 10 -С. 51-52.

9. Кабальнов Ю. С., Минасова Н.С., Тархов C.B. Семантический анализ нормативных документов и учебно-методических материалов на предмет выяв-

ления аномалий // Актуальные проблемы качества образования и пути их решения в контексте европейских и мировых тенденций: Материалы XV Всеросс. науч.-метод. конф. Уфа-Москва, УГАТУ. 2005.-С. 102-104.

10. Минасов Ш.М., Минасова Н.С., Тархов C.B. Адаптивные учебные курсы на основе модульной технолоши построения учебного материала в системе электронного обучения // Актуальные проблемы качества образования и пути их решения в контексте европейских и мировых тенденций: Материалы XV Всеросс. науч.-метод. конф. Уфа-Москва, УГАТУ. 2005. -С. 211-213.

11. Минасова Н.С. Разработка моделей формирования индивидуализированных учебных модулей в системе электронного обучения // Информационные технологии моделирования и управления. №7 (25). Воронеж: Научная книга. 2005, №7 (25). -С. 945-950.

12. Минасов Ш.М., Минасова Н.С., Тархов C.B. Сетевая образовательная среда адаптивного программируемого обучения // Телеком, и новые информ. технол. в образовании: Сб. науч. тр. в 15 т. Т.10. -М.: МИФИ, 2005. -С. 109110.

13. Минасов Ш.М., Минасова Н.С., Сираева JI.P, Тархов C.B. Электронные учебно-методические материалы по дисциплине «Информатика» // Телеком, и новые информ. технол. в образовании: Сб. науч. тр. в 15 т.. Т.10. -М.: МИФИ, 2005.-С. 111-112.

14. Кабальнов Ю.С., Тархов C.B., Минасова Н.С. Алгоритм генерации электронных учебных модулей для самостоятельной работы студентов // Информационные технологии моделирования и управления. Воронеж: Научная книга. 2006, №2 (27). -С. 155-159.

15. Минасова Н.С. Модели и алгоритмы генерации учебно-методического материала для самостоятельной работы студентов в системе электронного обучения // Интеллектуальные системы обработки информации и управления. Т.1. Сборник статей региональной зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых, 16-19 февраля 2006. Уфа: Технология, 2006. -С. 163-168.

16. Минасова Н.С., Тархов C.B., Тархова JIM. Использование карт разметки графических образов для управления учебным контентом // Информационные технологии моделирования и управления. Воронеж: Научная книга. 2006, №3(28).-С. 301-306.

17. Свид. об офиц. per. программы для ЭВМ №2006611494. Система электронного контроля знаний с элементами обучения K-Media Seiftraining / Тархов C.B., Минасов Ш.М., Минасова Н.С. -№2006610672; Заяв. 07.03.06; Опубл. 28.04.06. РосПатент. 2006.

18. Минасова Н.С. Модели и алгоритмы программных инструментальных средств генерации и функционирования автономных интерактивных учебных модулей // Системы управления и информационные технологии. Москва-Воронеж: Научная книга. 2006, №2.1 (24). -С. 161-164.

Минасова Наталья Сергеевна

СОЗДАНИЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ УЧЕБНЫХ МОДУЛЕЙ НА ОСНОВЕ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА К ХРАНЕНИЮ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ (применительно к самостоятельной работе студентов)

Специальность 05.13.11 - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 26.09.06. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Типе.ч. Усл. печ. л. 1.0 Уч.-изд. л. 0,9. Тираж 100 экз. Заказ № 461 ГОУВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12

ЛOQg fr T-0557

Введение.

Глава 1 Средства и методы организации самостоятельной работы ^ студентов в существующих системах обучения.

1.1 Специфика организации самостоятельной работы студентов в системе электронного обучения.

1.2 Существующие системы электронного обучения и их возможности применительно к СРС.

1.3 Сравнение существующих систем электронного обучения.

1.4 Методы и средства создания автономных учебных материалов применительно к использованию в СРС.

1.5 Выводы по первой главе. ф

Глава 2 Модели создания программируемых учебных модулей для самостоятельной работы студентов на базе использования систем электронного обучения.

2.1 Функциональная модель создания программируемых учебных модулей для СРС в системе электронного обучения.

2.2 Организация хранения и представления учебного контента на основе объектно-ориентированного подхода. л 2.3 Организация сборки учебного контента.

2.4 Учет индивидуальных характеристик обучаемого.

2.5 Выводы по второй главе.

Глава 3 Алгоритмы создания программируемых учебных модулей и взаимодействия с ними обучаемого в процессе СРС.

3.1 Алгоритмы создания индивидуализированных учебных модулей по запросам пользователя.

3.2 Алгоритмы взаимодействия обучаемого с автономным программируемым учебным модулем.

3.3 Оценка уровня усвоения учебного контента на основе выполнения обучаемым тестовых заданий.

3.4 Функционирование системы при создании программируемых учебных модулей.

3.5 Выводы по третьей главе.

Глава 4 Практическая проверка реализованных на основе предложенных моделей и алгоритмов программируемых учебных модулей.

4.1 Описание эксперимента.

4.2 Выбор шаблонов автономных учебных модулей.

4.3 Автоматизированное формирование структуры и содержания разделов учебных модулей для СРС по дисциплине «Информатика».

4.4 Оценка качества автоматизировано сформированных учебных модулей как программной продукции.

4.5 Выводы по четвертой главе.

Актуальность

В настоящее время самостоятельная работа студентов (СРС) занимает всё более значимую часть учебной нагрузки. В Государственных образовательных стандартах под СРС по дисциплинам отводится до 60% всей учебной нагрузки при очной форме обучения и этот объем значительно возрастает при заочном обучении. Однако, сама самостоятельная работа обучаемого не претерпевает практически никаких изменений, не используя возможности, которые предоставляют новые информационные технологии; информационная поддержка обучаемого в этой области процесса обучения сводится зачастую к рекомендациям списка литературы, содержащей требуемый материал, либо к раздаче конспекта лекций. Такой подход является не достаточно эффективным, поскольку обучаемый в процессе самостоятельной работы не располагает средствами контроля усвоения им учебного материала и корректировки процесса обучения. В то время как предъявляются всё большие требования к качеству образования, итоговый контроль успеваемости, проводимый в конце семестра, не дает полной объективной картины траектории обучаемого, поскольку на него влияет множество дополнительных факторов. При этом внедрение в образование новейших технологий подразумевает использование новых методик организации процесса обучения, предоставляющих в достаточной мере возможности реализации обратной связи в течение всего взаимодействия обучаемого с системой.

К основным видам самостоятельной работы студента и в традиционной форме обучения и при использовании систем электронного обучения (СЭО), как это показано в работе [44], относятся: подготовка к практическим и лабораторным занятия и семинарам, выполнение контрольных и курсовых работ, изучение материала, отводимого в рабочих программах учебных курсов под самостоятельную проработку.

Особенностями самостоятельной работы студентов являются: а) отсутствие жесткой регламентации ее содержания государственными образовательными стандартами; б) отсутствие жестких временных ограничений на освоение тех или иных разделов изучаемой дисциплины; в) трудности приобретения необходимых знаний, умений в условиях отсутствия постоянной дидактической и методической помощи со стороны преподавателя; г) сложность организации эффективного текущего контроля за усвоением материала, изучаемого в рамках СРС.

Одним из решений указанных выше проблем является создание личност-но-ориентированных автономных программируемых учебных модулей для СРС с использованием технологий электронного обучения и систем управления базами данных. Следует отметить, что непосредственное использование концепции баз данных и известных СУБД для решение данной задачи не является эффективным по следующим причинам. Во-первых, характерной чертой учебной информации является широкий спектр семантического содержания и синтаксических форм ее представления, в то же время, существующие СУБД обладают ограниченными возможностями по представлению такого типа информации. Во-вторых, для формирования учебного контента необходимо располагать возможностью представления сложных семантических конструкций, ориентированных на обучение, которые сложно реализовать с помощью внутреннего языка СУБД. В-третьих, для выдачи обучаемому учебного контента в нужной форме (аудио, видео, текст и др.) необходимо «привязывать» процедуры его обработки к типу контента, что отсутствует в существующих СУБД .

Таким образом, на наш взгляд, целесообразно разработать методы хранения и программные инструментальные средства создания личностноориентированных автономных программируемых учебных модулей, используемых обучаемым независимо от системы электронного обучения, на базе которой они были созданы. С целью повышения эффективности работы обучаемого с такими учебными модулями нами предлагается включить в их состав активное содержание для управления процессом обучения и контроля усвоения учебного материала.

На сегодняшний момент рынок образовательных услуг предпринял попытки распространения систем дистанционного обучения, внедрение которых позволяет решить ряд проблем, связанных с организацией всего процесса обучения в целом. Однако, это сопряжено с рядом трудностей и в настоящее время большинство ВУЗов так или иначе используют новейшие технологии, внедряя их в уже существующие процессы обучения, получая таким образом системы электронного обучения.

Одной из важных особенностей СРС на базе использования технологий электронного обучения является то, что в настоящее время значительное число обучаемых располагают за пределами учебного заведения компьютерной техникой с невысокими техническими характеристиками и имеют доступ к Internet по низкоскоростным коммутируемым каналам. При этом стоимость передачи информации по каналам связи остается высокой. Это накладывает жесткие ограничения на использование автономными электронными учебными модулями телекоммуникационных и вычислительных ресурсов.

Кроме решения указанных выше проблем, повышению эффективности обучения способствует использование индивидуального подхода к каждому обучаемому, что дает возможность получить такой учебно-методический материал, который будет являться адаптированным к конкретному обучаемому или группе обучаемых. Подобные реализации позволяют сделать процесс обучения наиболее гибким и получить лучшее усвоение студентами учебного материала. Наличие заложенного в учебно-методическом материале элементов самоконтроля усвоенных знаний студентом положительным образом отражается на качестве усвоения материала.

При этом следует отметить, что в настоящее время отсутствуют системотехнические модели представления контента СРС, основанные на выделении автономных модулей, взаимосвязанных по учебному контенту как внутри, так и между собой.

Согласно классификации, предложенной в работе коллектива отечественных специалистов под руководством Е.С. Полат [74], автономные учебные материалы предназначены для самообразования и предоставляются обучаемому на машинных носителях (дискетах, компакт-дисках). С целью повышения эффективности работы обучаемого с такими материалами нами предлагается включить в их состав активное содержание для управления процессом обучения. В дальнейшем такие учебные материалы будем называть автономными программируемыми электронными учебными модулями.

Под автономным программируемым электронным учебным модулем (далее ЭУМ) будем понимать сгенерированный и скомпилированный СЭО единый файл, содержащий учебно-методический материал, а также внедренные в него скрипты, реализующие переходы между различными блоками изучаемого материала для возможности управления процессом обучения во время СРС на компьютере без постоянного доступа к сетевым ресурсам.

Исходя из вышеизложенного актуальной является разработка моделей и алгоритмов создания автономных программируемых электронных учебных модулей для СРС с использованием современных информационных технологий (в том числе СЭО) на базе объектно-ориентированного подхода к хранению и обработке учебно-методической информации (УМИ), позволяющего реализовать индивидуализированное обучение благодаря глубокой структуризации и взаимосвязи элементов учебного контента в условиях рационального использования телекоммуникационных и вычислительных ресурсов.

Настоящая работа направлена на разработку программных инструментальных средств создания автономных программируемых учебных модулей для самостоятельной работы студентов на основе использования объектно-ориентированного подхода к хранению и обработке учебно-методической информации в системах электронного обучения. Основным предназначением разрабатываемых в данной работе учебных модулей является предоставление обучаемым личностно-ориентированных автономных электронных учебных модулей, содержащих механизмы управления обучением и средства контроля усвоения материала и позволяющих при этом рационально использовать телекоммуникационные и вычислительные ресурсы.

Предметом исследования настоящей диссертационной работы являются модели формирования учебно-методического материала (УММ) на основе объектно-ориентированного подхода к хранению и обработке учебно-методической информации в СЭО и управления обучением при организации СРС, призванные предоставить обучаемому набор дополнительных образовательных услуг на базе новых информационных технологий обучения (НИТО).

Целью диссертационной работы является разработка моделей и алгоритмов создания в системах электронного обучения автономных программируемых учебных модулей, обеспечивающих информационную поддержку самостоятельной работы студентов и позволяющих рационально использовать телекоммуникационные и вычислительные ресурсы.

Реализация поставленной цели позволит: в высокой степени формализовать и автоматизировать процесс создания индивидуализированных автономных программируемых учебных модулей за счет глубокой структуризации исходного учебно-методического материала и объектно-ориентированного подхода к его хранению и обработке; рационально использовать телекоммуникационные ресурсы при передаче автономного электронного учебного модуля на ПК обучаемого и вычислительные ресурсы ПК в процессе работы с автономным электронным учебным модулем; повысить эффективность взаимодействия обучаемого с автономным учебным модулем за счет использования скриптов, включенных в состав программируемого учебного модуля; учитывать индивидуальные способности обучаемого при создании программируемого учебного модуля; обеспечить обучаемому возможность изучения материала автономного программируемого учебного модуля на персональном компьютере без доступа к сетевым ресурсам; обеспечить эффективный контроль усвоения учебного материала в процессе самостоятельной работы студента с автономным программируемым учебным модулем.

Задачи исследования

Для достижения цели работы поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ существующих в настоящее время систем электронного обучения и выявить их возможности с точки зрения реализации индивидуализированного программированного обучения с использованием автономных учебных модулей.

2. Разработать логическую модель базы данных для хранения учебного контента в системе электронного обучения на основе объектно-ориентированного подхода, позволяющего выполнять сборку отдельных фрагментов автономного электронного учебного модуля из компонентов структурированной учебно-методической информации, рационально использующего телекоммуникационные и вычислительные ресурсы.

3. Разработать программные инструментальные средства для создания в автоматизированном режиме автономных программируемых учебных модулей.

4. Разработать программное обеспечение, реализующее алгоритмы взаимодействия обучаемого с автономным программируемым учебным модулем, позволяющее получать широкую гамму траекторий обучения.

5. Осуществить практическую реализацию предлагаемых моделей и программного обеспечения создания программируемых автономных учебных модулей для СРС в системе электронного обучения и оценить качество полученного программного продукта.

Методы исследования

Результаты исследований, выполненных в работе, базируются на использовании методов модульного и объектно-ориентированного программирования, теории системного моделирования, теории принятия решений, аппарата баз данных, реляционной алгебры, теории множеств и графов.

На защиту выносятся:

1. Логическая модель базы данных для организации хранения и обработки структурированной учебно-методической информации, реализованная на базе объектно-ориентированного подхода, позволяющая в отличие от существующих в значительной мере упросить последующую сборку взаимосвязанных фрагментов учебно-методического материала за счет использования таблицы рекурсивных связей объектов, а также рационально использовать имеющиеся телекоммуникационные и вычислительные ресурсы.

2. Программные инструментальные средства для создания автономных программируемых учебных модулей для самостоятельной работы студентов в системе электронного обучения, реализованные на основе использования логических связей между объектами учебно-методической информации внутри фрагментов и отношений между различными фрагментами учебного материала внутри учебного модуля, что позволяет в высокой степени автоматизировать процесс сборки учебных материалов.

3. Программное обеспечение, реализующее алгоритмы взаимодействия обучаемого с учебным модулем в процессе самостоятельной работы на компьютере без постоянного подключения к сетевым ресурсам на основе использования языка программирования Java-script, позволяющее получать широкую гамму траекторий обучения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложенная логическая модель базы данных для организации хранения и обработки учебно-методической информации, реализованная на базе объектно-ориентированного подхода, позволяет: а) упростить последующую сборку взаимосвязанных фрагментов учебно-методического материала; б) рационально использовать имеющиеся телекоммуникационные и вычислительные ресурсы.

2. Разработанные программные инструментальные средства для создания автономных программируемых учебных модулей для самостоятельной работы студентов в системе электронного обучения, использующие логические связи между объектами внутри фрагментов и отношения между различными фрагментами внутри учебного модуля, позволяют автоматизировать процесс сборки учебных материалов.

3. Разработанное программное обеспечение реализует алгоритмы взаимодействия обучаемого с учебным модулем на основе использования языка программирования Java-script, позволяющее получать широкую гамму траекторий обучения.

Практическая ценность

Результаты диссертации позволяют:

1. Организовать эффективное хранение, поиск и обработку учебно-методической информации, необходимой для создания в системе электронного обучения автономных учебных модулей, предназначенные для самостоятельной работы студентов.

2. Автоматизировать и формализовать процесс подготовки программируемых автономных учебных модулей в системе электронного обучения.

3. Повысить эффективность использования телекоммуникационных и вычислительных ресурсов в процессе доставки обучаемому и работы с автономным ЭУМ за счет рациональной компоновки структуры и содержания учебного контента в ЭУМ.

4. Повысить эффективность СРС за счет предоставления обучаемым индивидуализированных интерактивных автономных программируемых учебных модулей, позволяющих им самостоятельно в удобное время осваивать учебно-методический материал и контролировать результаты его усвоения.

5. Использовать разработанное программное обеспечение для управления обучением и контроля за результатами усвоения учебного материала на базе тестирования в рамках самостоятельной работы обучаемого.

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность к.т.н., доценту Тархову C.B. за полезные, конструктивные советы по реализации механизмов управления обучением в электронном автономном программируемом учебном модуле, а также за помощь в практической реализации электронных автономных программируемых учебных модулей и обсуждении полученных результатов.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Основная часть содержит 154 страницы и включает в себя 33 рисунка и 6 таблиц. Список литературы содержит 104 наименования. В приложениях приведены: примеры экранных форм автономного электронного учебного модуля, предназначенного для самостоятельной работы студентов; фрагменты исходных кодов программы «Учебный модуль», позволяющие выполнить оценки состояния обучаемого и формирование для него индивидуализированного учебного материала; документы по Программе поэтапного внедрения на кафедре информатики технологий автоматизированного сетевого и дистанционного обучения; свидетельства о регистрации программ в РОСПАТЕНТ; акты о внедрении основных результатов диссертационной работы.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. На основе проведенного анализа существующих систем электронного обучения было выявлено отсутствие систем, реализующих индивидуализированное программированное обучение с использованием автономных учебных модулей.

2. Разработана логическая модель базы данных для хранения учебного контента в СЭО на основе объектно-ориентированного подхода, позволяющего выполнять в автоматизированном режиме сборку отдельных фрагментов автономного электронного учебного модуля из элементарных объектов данного контента.

Данная модель реализует модифицированный объектно-ориентированный подход к организации хранения и представления учебного контента, позволяющий: а) реализовывать необходимые связи как внутри фрагментов учебного материала, так и между отдельными фрагментами, обеспечивающие семантическую целостность создаваемого автономного электронного учебного модуля; б) рационально использовать телекоммуникационные и вычислительные ресурсы.

3. Разработать программные инструментальные средства для создания программируемых учебных модулей на основе человеко-машинных процедур, позволяющих автоматизировать процесс генерации автономного электронного учебного модуля.

Программные инструментальные средства обеспечивают поиск в базе данных объектов УМИ, необходимых для реализации хранимого в системе обобщенного алгоритма обучения, и сборку их в отдельные фрагменты учебного материала, составляющие автономный программируемый учебный модуль.

4. Разработано программное обеспечение, реализующее алгоритмы взаимодействия обучаемого с автономным программируемым учебным модулем, позволяющее получать широкую гамму траекторий обучения.

Программное обеспечение использует оценку состояния обучаемого с точки зрения усвоения им учебно-методического материала и основано на тестовом контроле знаний, проводимом в процессе работы обучаемого с автономным учебным модулем. Оно позволяет реализовать следующие технологии работы с учебным модулем: совмещение режима контроля знаний с обучением; организацию самоконтроля знаний по тематике учебного модуля; управление обучением на базе предоставления обучаемому индивидуализированного учебного контента. Описанные технологии реализуются на базе объектного подхода к обработке УМИ и организации взаимосвязи блоков различного типа в учебном модуле.

5. Осуществлена практическая реализация предлагаемых моделей и алгоритмов создания в СЭО автономного электронного учебного модуля на примере раздела «Программирование на языке высокого уровня Visual Basic» базового курса «Информатика». Проведенная оценка качества данного модуля показала, что интегральный коэффициент качества, рассчитанный в соответствии с ГОСТ 28195-89 и РФ ISO 9126-2001, у скомпилированного учебного модуля выше, чем у аналогичных гипертекстовых учебных материалов в 1,23 раза и выше чем электронных учебных материалов, представленных в формате Microsoft® Office Word (doc) в 3,2 раза, а в формате Adobe® Reader® (pdf) - в 2,6 раза.

1. Аванесов В. С. Композиция тестовых заданий. Учебная книга для преподавателей вузов, учителей школ, аспирантов и студентов педвузов. 2 изд., испр. и доп.(1 изд. 1996г.) М.: Адепт, 1998. 217 с.

2. Альфред В. Ахо, Джон Э. Хопкрофт, Джеффри Д. Ульман. Структуры данных и алгоритмы. Издательский дом «Вильям», 2000. 384 с.

3. Андреев A.A., Лупанов К.Ю., Солдаткин В.И. Электронные учебные средства и оценка качества сетевого обучения. // Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2003», СПб., 2003.

4. Антонов A.B., Байбулатов A.A., Масолкин С.И. Применение экспертной оценки качества программного обеспечения при проведении верификационных процедур // Труды института проблем управления РАН. Т. XVIII. 2003.-с. 85-93.

5. Атанов Г. А., Пустынникова И1.Н. Обучение и искусственный интеллект, или Основы современной дидактики высшей школы. — Донецк: Изд-во ДОУ, 2002. — 504 с.

6. Афонин А.Ю., Бабешко В.Н., Булакина М.Б. и др. Образовательные Интернет-ресурсы. Под. ред. А.Н. Тихонова и др.; ГНИИ ИТТ «Информика». -М.: Просвещение, 2004. 287 с.

7. Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Структуры данных и алгоритмы. М.: Вильяме, 2000.

8. Бабешко В.Н., Нежурина М.И. О необходимости учёта пользовательских предпочтений при оценке качества программных комплексов для образовательных сред // Открытое и дистанционное образование. 2002. - № 4(8). -с. 94-96.

9. Баррет Д. и др. JavaScript. Web-профессионалам. BHV-Киев, 2001.

10. Ю.Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. M.: Информационно-издательский дом "Филинъ", 2003.- 616 с.

11. П.Бершадский A.M., Кревский И.Г. Дистанционное образование на базе новых информационных технологий: Учебное пособие. Пенза, изд. ПТУ. 1997.- 134 с.

12. Беспалысо BJIX Образование н обучение с участием компьютеров (педагогика третьего тысячелетия). М, 2002. - 352с.

13. З.Буль Е.Е. Обзор моделей студента для компьютерных систем обучения // Educational Technology & Society 6(4) 2003. ISSN 1436-4522. p. 245-250.

14. Н.Бурков В.Н., Заложнев А.Ю. Новиков Д.А. Теория графов в управлении организационными системами. М.: Синтег. 2001. —124с.

15. Введение в теорию моделирования и параметризации педагогических гестов / Ю.М.Нейман, О.А.Хлебников Москва, 2000. —168 с.

16. Гасов В. М., Цыганенко А. М. Методы и средства подготовки электронных изданий: Учебное пособие. — М.: МГУП, 2001. — 735 с.

17. Горовая В.И. Зайпева О.Г., Тарасова СИ. Проектирование и реализация учебной информации в образовательном пространстве современного вуза. -М.2002.-13бс.

18. ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85). Единая система программной документации. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения. Издательство стандартов. -M., 1991.

19. ГОСТ 28195-89. Оценка качества программных средств. Общие положения. Издательство стандартов. -М., 1989.

20. ГОСТ 28806-90 Качество программных средств. Термины и определения. Издательство стандартов. -М., 1991.

21. ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристика качества и руководства по их применению. Издательство стандартов. -М., 1994.

22. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных (седьмое издание). М.: Издательский дом «Вильяме», 2001, - 1072 с.

23. Джезус Кастаньетто, Хариш Рават, Саша Шуман, Крис Сколло, Дипак Ве-лиаф Профессиональное PHP программирование. СПб., «Символ-Плюс», 2001,-912с.

24. Дженнифер Нидерст. WEB-Мастеринг для профессионалов. СПб., «Питер», 2002, - 576 с.

25. Джерри Бранденбау JavaScript: сборник рецептов. СПб., «Питер», 2000, -416 с.

26. Джесс Либерти, Майк Крейли. Создание документов XML для Web на примерах. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000, - 256 с.

27. Дьяконов В.П. Новые информационные технологии. М.: Изд-во «COJIOH-Пресс», 2005. - 640 с.28.3айнутдинова JI.X. Создание и применение электронных учебников (на примере общетехнических дисциплин): Монография. Астрахань: Изд-во «ЦНТЭП», 1999. - 364 с.

28. Интернет-обучение: технологии педагогического дизайна / Под ред. кандидата педагогических наук М.В. Моисеевой. М.: Издательский дом «Камерон», 2004.-216с.

29. Кабальнов Ю.С., Минасов Ш.М., Тархов C.B. Модели представления и организация хранения информации в сетевой информационно-обучающей системе // Вестник УГАТУ, т.5, №2 (10). УГАТУ, 2004. -С. 183-191.

30. Кабальнов Ю.С., Минасова Н.С. Программируемые курсы в системе дистанционного обучения на базе технологий интернет // Материалы 8-й Моековской междунар. телеком, конф. студ. и молодых ученых. М.: МИФИ, 2004. -С. 73-74.

31. Кабальнов Ю.С., Тархов C.B., Минасова Н.С. Алгоритм генерации электронных учебных модулей для самостоятельной работы студентов // Информационные технологии моделирования и управления. Воронеж: Научная книга. 2006, №2 (27). -С. 155-159.

32. Кабальнов Ю.С., Тархов C.B., Минасова Н.С. Электронный документооборот в системе дистанционного обучения // Проблемы качества образования: Материалы XIII Всеросс. науч.-метод. конф., Уфа-Москва, 2003. С. 39-40.

33. Кисиль В. Г. Формирование и развитие методических знаний в системе самостоятельной работы студентов: (13.00.02). СПб., 2000. -22 с.

34. Ковалевский И. Организация самостоятельной раооты студентов // Высшее образование в России. -2000. -№1. -С. 10-14.

35. Ковальский И. Организация самостоятельной работы студентов: Иркут. с.-х. акад. // Высш. образование в России. 2000. -N 1. -С. 114-115.

36. Когаловский М.Р. Энциклопедия технологий баз данных. М.: «Финансы и статистика», 2002, -800 с.

37. Козаков В. А. Самостоятельная работа студентов и ее информационно-методическое обеспечение. Киев, 1990. - 246 с.

38. Коржинский С. Н. Настольная книга Web-мастера: эффективное применение HTML, CSS и JAVASCRIPT. -M.: Издательский торговый дом «Кно-Рус», 2000, -320 с.

39. Костенко И. Специфика самостоятельной работы заочника // Высш. образование в России. 1999. -№6. -С. 50-53.

40. JIaypa Томсон, Люк Веллинг Разработка Web-приложений на PHP и MySQL. Киев., «ДиаСофт» , 2001,-672 с.

41. Лукинова Н.Г. Самостоятельная работа как средство и условие развития познавательной деятельности студента. Дисс. на соискание ученой степени канд. пед. наук: 13.00.08. -Ставрополь.: 2003. 177 с.

42. Мазуркевич А., Ечовой Д. PHP: настольная книга программиста — Мн.: Новое знание, 2003. — 480 с.

43. Маклаков С. В. Создание информационных систем с AllFusion Modeling Suite. Изд-во: "Финансы и статистика". 2005. -432 с.

44. Маклаков СВ. BPwin и ERwin. CASE-средства разработки информационных систем. М: Диалог-МИФИ. 2001. 304 с.

45. Мандел Т. Разработка пользовательского интерфейса. ДМК, 2001. -120 с.

46. Марк Д., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования /Пер.с англ. М.: МетаТехнология, 1993. - 240 с.

47. Минасов Ш.М. Модели и алгоритмы программных инструментальных средств обработки информации и генерации учебных курсов в сетевой информационно-обучающей системе. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.13.11. Уфа.: 2003. - 182 с.

48. Минасов Ш.М., Минасова Н.С., Сираева JT.P, Тархов С.В. Электронные учебно-методические материалы по дисциплине «Информатика» // Телеком. и новые информ. технол. в образовании: Сб. науч. тр. в 15 т. Т.10. -М.: МИФИ, 2005.-С. 111-112.

49. Минасов Ш.М., Минасова Н.С., Тархов С.В. Сетевая образовательная среда адаптивного программируемого обучения // Телеком, и новые информ. технол. в образовании: Сб. науч. тр. в 15 т. Т.10. -М.: МИФИ, 2005. -С. 109110.

50. Минасов Ш.М., Сираева JT.P., Тархов С.В. Анкетирование начальный этап электронного обучения // Технологии и организация обучения. Научное издание. Уфа, 2005.-С. 53-61.

51. Минасова Н.С. Модели и алгоритмы программных инструментальных средств генерации и функционирования автономных интерактивных учебных модулей // Системы управления и информационные технологии. Москва-Воронеж: Научная книга. 2006, №2.1 (24). -С. 161-164.

52. Минасова Н.С. Разработка моделей формирования индивидуализированных учебных модулей в системе электронного обучения // Информационные технологии моделирования и управления. №7 (25). Воронеж: Научная книга. 2005, №7 (25). -С. 945-950.

53. Минасова Н.С., Тархов С.В., Тархова JI.M. Использование карт разметки графических образов для управления учебным контентом // Информационные технологии моделирования и управления. Воронеж: Научная книга. 2006, №3 (28).-С. 301-306.

54. Моисеева М.В., Полат Е.С., Бухаркина М.Ю., Нежурина М.И. Интернет обучение: технологии педагогического дизайна / Под ред. кандидата педагогических наук М.В. Моисеевой. — М.: Издательский дом "Камерон", 2004. — 216 с.

55. Открытое образование: стандартизация описания информационных ресурсов /Е.И.Горбунова, С.Л.Лобачев, А.А.Малых, А.В.Манцивода, А.А.Поляков, В.И.Солдаткин; Отв. ред. С.Л.Лобачев и А.В.Манцивода. -М.: РИЦ «Альфа» МГОПУ им. М.А.Шолохова, 2003. -215 с.

56. Павлов С. Назад к мейнфреймам? // CAD/CAM/CAE Observer. Media Publishing №6 (24). 2005. -С. 86-90.

57. Подкользина JI. В. Дидактические приемы совершенствования самостоятельной контролируемой работы студентов технического вуза: (На примере высш. математики): СПб., 1999. -19с.

58. Полат Е.С. Теория и практика дистанционного обучения. М.: Изд-во «Академия», 2004. -415 с.

59. Рыблова А. Н. Управление самостоятельной познавательной деятельностью обучающихся в вузе: теоретические проблемы, вопросы технологии / А. Н. Рыблова; М-во общ. и проф. образования Рос. Федерации, Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов: СГТУ, 1999. -141с.

60. Свид. об отрасл. per. разработки № 3582. Электронный лабораторный практикум по MS Office. / Тархов C.B., Рамбургер О.Л., Минасов Ш.М. Зарегистрировано в ОФАП Гос. корд, центра информац. технологий Министерства образования РФ. 2004.

61. Свид. об отрасл. per. разработки № 3650. Электронный учебный курс "Организация интерфейса в человеко-машинных системах" / Тархов C.B. Зарегистрировано в ОФАП Гос. корд, центра информац. технологий Министерства образования РФ. 2004.

62. Свид. об отрасл. per. разработки № 3752. Электронный лабораторный практикум по Derive / Сахабетдинов М.А., Сираева Л.Р., Тархов C.B. Зарегистрировано в ОФАП Гос. корд, центра информац. технологий Министерства образования и науки РФ. 2004.

63. Свид. об офиц. per. программы для ЭВМ № 2003612176. Информационно-обучающая система дистанционного обучения K-Media (ИОС ДО K-Media) / Минасов Ш.М, Тархов C.B., Минасова Н.С. -№2003611619; Заяв. 23.07.03; Опубл. 22.09.03. РосПатент. 2003.

64. Свид. об офиц. per. программы для ЭВМ №2006611494. Система электронного контроля знаний с элементами обучения K-Media Seiftraining / Тархов C.B., Минасов Ш.М., Минасова Н.С. -№2006610672; Заяв. 07.03.06; Опубл. 28.04.06. РосПатент. 2006.

65. Сидельников С. Б., Барков Н. А. Совершенствование методики самостоятельной работы студентов // Проблемы подготовки специалистов в системе непрерывного образования. 1998. -Вып. 4. -С. 28-31.

66. Тархов C.B. Адаптивное электронное обучение и оценка его эффективности // Открытое образование. -М., 2005. -№5. -С. 37-47.

67. Тархов C.B. Управление адаптивным обучением в мультиагентной информационно-обучающей системе // Информационные технологии. 2005. -№11.-С. 70-78.

68. Тархов C.B., Минасов Ш.М., Минасова Н.С. Система дистанционного обучения на базе технологий интернет // Проблемы качества образования: Материалы XIII Всеросс. науч.-метод. конф., Уфа- Москва, 2003. С. 99-100.

69. Тархова JIM. Модели и алгоритмы функционирования информационно-обучающей системы дистанционного образования (на примере дополнительного довузовского образования). Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.13.01. Уфа.: 2001. - 166 с.

70. Тео Мандел. Разработка пользовательского интерфейса. М.: ДМК Прес, 2001,-416 с.

71. Тихомиров В.П. . Солтдаткин В.И., Лобачев C.JI. Среда Интернет-обучения системы образования России-М: МЭСИ 2000. -318с.

72. Ульман JT. Основы программирования на PHP: Пер. с англ. -М.: ДМ К Пресс, 2001.-288 с.

73. Хольцшлаг, Молли, Э. Использование HTML 4. M.: Издательский дом «Вильяме», 2000.- 1008 с.

74. Шатуновский В .Л. О самостоятельной работе студентов // Вестник высшей школы. 1990. -№3. -С.35-41.

75. Юсупова Н.И., Тарасова Т.Д. Кондратьев Д.В и др. Компьютерная система поддержки обучаемых в условиях дистанционного образования. // Educational Technology & Society 5(3) 2002. ISSN 1436-4522. p. 240-245

76. Ямпольский В.З.Тузовский А.Ф. Системы управления знаниями в образовании: Материалы науч.-практ. конф. "Современные средства и системы автоматизации -гарантия высокой эффективности производства» (14-15 ноября 2002 г.). Томск. 2002. -С. 295-298.

77. Devedzic V., Debenham J., Popovic D. Teaching Formal Languages by an Intelligent Tutoring System. Educational Technology & Society 3(2) 2000. ISSN 1436-4522.

78. Galeev I., Tararina L., Kolosov O., Kolosov V. Structure and implementation of partially integrated adaptive learning environment, in Allison Rossett (ed): Proceedings of E-Learn 2003, Phoenix, Arizona USA, November 7-11, 2003, -p. 2151-2154.

79. Galeev I., Tararina L., Kolosov O., Kolosov V. Structure and implementation of partially integrated adaptive learning environment, in Allison Rossett (ed): Proceedings of E-Learn 2003, Phoenix, Arizona USA, November 7-11, 2003, -p. 2151-2154.

80. Garrison D.R., Anderson T. E-learning in the 21st century: a framework for research and practice. RoutledgeFaimer. 2003. -167 p.

81. Lawrence C. Ragan Good Teaching Is Good Teaching: An Emerging Set of Guiding Principles and Practices for the Design and Development of Distance Education CAUSE/EFFECT, V. 22 N 1, 1999. -P. 221.

82. Moore, M.G., Anderson, W.G. Handbook of distance education. Lawrence Erlbaum Associates, Inc., Publishers. 2003. -872 p.

83. Self J. A The use of belief system for student modeling // Proceedings of the 1st European Congress on Artificial Intelligence and Training. Lille. 1988. -p. 98104/

84. Sison R. & Shimura M. Student Modeling and Machine Learning. International Journal of Artificial Intelligence in Education, 9, 1998. -p.128-158.

85. Tarkhov S.V., Sokal P. System of Automatic network Training and remote Training of Students//Proceedings of the Workshop Computer Science and Information Technologies CSIT'2004, Budapest, Hungary, 2004. Volume 1. -p.207-210.

86. Weber, G., & Specht, M. User modeling and adaptive navigation support in WWW-based tutoring systems. In Jameson, A., Paris, C., & Tasso, C. (Ed.), User Modeling. Wien: Springer-Verlag. 1997. -p.289-300.

87. Welling L., Thomson L. PHP and MySQL Web Development (+CD). Sams, 2001.-216 p.

88. Электронные учебные модули самостоятельной работы студентов (Экранные формы)ы1. Назад Вперед Домой Шрифт

89. Общие сведения о Visual Basic

90. Основные понятия визуального объектно-орнентнрованного программирования Темы для изучения:

91. Интегрированная среда разработки приложений Visual Basic

92. Управляющие элементы. ввод-вывод данных, программа линейной структуры

93. Разработка приложении с разветвляющимися структурами алгоритмов

94. Разработка приложений с циклическими структурами алгоритмов

95. Разработка приложении для обработки табличных данных (массивы)

96. Разработка приложений для обработки файловых и строковых данных

97. Разработка приложений на работу с графикой

98. Разработка многооконных приложений с использованием стандартных шаблонов и меню Нигер ад пп кое тестирование (по всем темам)1. Справочный материал:

99. Описание компонентов средьг Visual Basic 6.0

100. Организация форматного вывода данных

101. Описание событий для основных элементов управления Visual Basic1. Функции обработки строк

102. Литература по Visual Basic

103. Эяектронныиучебныймодут ИОСДО "К-Media". Уфа, 2006 г. Об электронном учебном модуле.J

104. Рисунок 1.П1 Главное окно скомпилированного автономного ЭУМ по изучению среды и языка программирования Visual Basic

105. Электронный учебный модуль (Visual Basic)о ^ Q Ж

106. Назад Вперед Домой lilpuqrr

107. Об электронном учебном модуле

108. В электронном учебном модуле рассматриваются о с но im программирования г кнтегрнршанной среде разработки приложений Microsoft Visual Basic 6.0

109. Электронный учебный модуль предназначен для самостоятельной работы студента i (CPC)i

110. При создании Электронного учебного модуля не пользовались:1. W " .: щнм.\нт;%ья -inj--: f RI? d II £Л h С Г Ii О••**■* » жктт em «.1 -iî- 1&Щ v ,'fsi is mm1. V—"«жы WifMifc. V;

111. Информационно-обучающая система дистанционного обучения K-Media (ИОС ДО К-Media)

112. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003612176. Российское агентство по патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ) Зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 22 сентября 2003 г.1. Hi Wtfl >.4rt.i ta сttkaua

113. Кузьмина E.A-. Минасов Ш.М., Тархов C.B. У фа, кафедра Информатики УГАТУ, 2004 г.

114. Электронный лабораторный практикум по УкгаВазю, зарегистрирован!™ в Отраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП) государственного координационного центра информационных технологий Министерства образования Российской Федерации

115. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 3649 от 10 июня 2004 год а.

116. Варианты индивидуальных заданий: Карчевская М П . Гамбургер О Л (версия 2005 г.)

117. Интерактивные компоненты, обеспечивающие управление обучением на основе тестирования: Тархов С .В. МииасоваН.С. (версии 2005-2006 г.)

118. Рисунок 2.П1 Информация о скомпилированном автономном ЭУМ по изучению среды и языка программирования Visual Basic6? Электронный учебный модуль (Visual Basic)1.I. х|1. Назад Вперед Домой Шрифт

119. Интегрированная среда визуального объектно-ориентированного программирования Visual Basic 6.0

120. Начало работы Компоненты рабочей среды1. Главное меню1. Стандартная панельинструментов1. Окно конструктора форм

121. Панель элементов управления1. Окно редактора меню1. Окно свойств1. Окно просмотра объектов1. Окно макета формы

122. Окно редактора исходного кош1. Окно проводника проекта1. Окно локальных переменных1. Окно контроля работытзигожения

123. Настройка д>еды разработкитроек редактора Битей текста

124. Вкладка настроек общих свойств среды

125. Вкладка настройки окон Вкладка Environment Вкладка Advanced

126. Рисунок З.П1 Меню описания среды программирования Visual Basic

127. Электронный учебный модуль (Visual Basic)j=j0üi1. Назад Вперед Домой Шрифт

128. Компоненты интегрированной среды Visual Basic б JO

129. Вкладка настроек редактора

130. Самая первая вкладка диалогового окна Options — Editor (Редактор) (рис. 15).tmomm I Ad>?aжм 1Ц

131. EdtOfF«»« î Ger#iï Calé Seîtri^s P jito 5»K® Çhttji1. Г" geameVeijbteOedaration

132. P Au® '\Jit. Kwrtere P MttQKCftJrtfa P tout Data Tips

133. P йа»-*хИ!»0е Гс>< IJhr<j P аЫуМеШ* P gœsdun supputa1. P M&pdaibtoWuSLh I4zi

134. Рисунок 4.П1 Описание вкладок настроек редактора Visual Basic6? Электронный учебный модуль (Visual Basic)1. ИВНИЖjnjxj1. Назад Вперед Домой Шрифт

135. Создаю» приложения с одномерными массивами s