СИСТЕМОТЕХНІКА, № 1, 2003 р

КОНЦЕПЦІЯ ВІДКРИТОЇ АДАПТИВНОЇ КОНТРОЛЬНО-НАВЧАЛЬНОЇ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ ПЕРСОНАЛІЗАЦІЇ ПРОЦЕСУ НАВЧАННЯ

Жукова І.Г., Сиплива М.Б., Шабаліна О.А.

(Волгоградський державний технічний університет; [email protected])

Розвиток сучасних інформаційних технологій відкриває нові можливості доступу до світових інформаційних ресурсів у різних галузях знань та забезпечує новий якісний рівень набуття знань.

Мережеве дистанційне навчання (СДО) в даний час є однією з областей комп'ютерних наук, що найбільш швидко розвиваються. До переваг СДО можна віднести аудиторну та платформну незалежність, доступність освітніх ресурсів та програмних засобів широкої аудиторії користувачів. Проте, дистанційність має на увазі відсутність особистого контакту викладача та студента, що значною мірою знижує рівень персоналізації та адаптивності при навчанні та контролі.

Існує ряд мережевих освітніх додатків, що використовуються для навчання, виконання практичних завдань, тестування, тренінгу тощо [1,3,4]. На жаль, більшість із них, як правило, є не більш ніж статичними гіпертекстовими сторінками і лише деякі персоналізують процеси навчання та контролю. Крім того, ефективне використання інформації, що зберігається в них, для створення нових електронних курсів утруднюється відсутністю єдиної структури опису. Тому є актуальним створення мережевої освітньої системи, що реалізує принципи відкритості, адаптивності та інтелектуальності у навчанні та контролі.

Принцип відкритості передбачає можливість використання при створенні нових електронних курсів різних інформаційних ресурсів, що зберігаються як на локальних серверах,і розподілених у мережі Internet (Web-ресурсів). Існують різні механізми включення Web-ресурсів до мережних додатків, більшість з них засновані на використанні метаданих, тобто інформації про структуру та семантику ресурсів. Застосування цих механізмів дозволяє здійснювати швидкий та адекватний пошук необхідної інформації для обміну та включення її в електронні курси.

Для опису метаданих використовують мови опису на базі онтологій, мову XML і XML-подібні мови, а також мови стандарту RDF [6]. Найперспективнішим підходом до вирішення завдання забезпечення відкритості освітніх ресурсів є застосування мови RDF Schema (RDFS). RDFS значно перевершує інші мови з точки зору синтаксичної та семантичної сумісності, крім того, мови RDF дозволяють повторно застосовувати безліч програмних компонентів для обміну даними.

Запропонована концепція відкритої адаптивної контрольно-навчальної системи поєднує два типи технологій мережевого дистанційного навчання – адаптивну та інтелектуальну технології, які включають технічні прийоми та методи, пов'язані з різними варіантами функціональності та різними способами її реалізації.

Під адаптивністю розумітимемо персоніфікацію процесу навчання на основі створення електронних курсів, що враховують індивідуальні особливості учнів, у тому числі психологічні особливості, швидкість сприйняття, рівень початкових знань, а також індивідуальні цілі та завдання навчання.

Адаптація досягається на основі використання моделі учня, складовими якої є цілі навчання, початкові знання в галузі навчання, індивідуальні особливості учня. Модель учня в системі, що розробляється, реалізується у вигляді семантичної мережі. На початку навчаннябудується апріорна модель учня на основі його самооцінки, потім за результатами поточного контролю процесу навчання модель може бути перевизначена з урахуванням зміни стану знань учня. Адаптивна технологія включає адаптивне представлення матеріалів курсів, адаптивне тестування і адаптивну навігацію [2,3,4].

Адаптивне представлення матеріалів має на увазі, що в системі кожна сторінка електронного підручника повинна адаптивно генеруватися для конкретного користувача з локальних та віддалених ресурсів, наприклад, досвідчений користувач отримає більш детальну та глибоку інформацію, а новачки – більше додаткових пояснень. При відображенні сторінок використовуються спеціальні когнітивні елементи для вказівки на освітній статус сторінки – сторінка доступна для вивчення, сторінка частково доступна для вивчення, сторінка недоступна.

Адаптація тестування заснована на формуванні індивідуальної стратегії тестування (тобто послідовностей різних видів тестів та практичних завдань) залежно від поточних знань та індивідуальних особливостей сприйняття матеріалу. Для цього в системі мають бути передбачені три основні стратегії тестування – пряме тестування, тестування з навчанням (тренінг), тестування з поясненням. Вибір однієї з цих стратегій обумовлений цілями тестування, можливо застосування комбінованої стратегії тестування. У режимі тестування автоматично створюються індивідуальні ланцюжки тестування, які є сукупністю тестів різної природи – «конструктор відповідей», «продовжи послідовність», «вибери відповідь», графічні тести та ін. Така адаптивна система тестування дозволить на основі аналізу результатів тестування визначити ступінь оволодіння досліджуванимматеріалом, виявити прогалини у знаннях, знайти частини курсу, додаткове вивчення яких дозволить усунути ці прогалини, та автоматично перебудувати стратегію навчання.

Інтелектуальна технологія включає побудову послідовності курсу навчання, інтелектуальний аналіз відповідей учнів, інтерактивну підтримку у вирішенні завдань [1].

Побудова послідовності курсу навчання означає забезпечення учня індивідуально спланованою послідовністю уроків та навчальних завдань. Система використовуватиме гібридну технологію побудови курсу навчання, тобто. поєднувати активну (з наявністю персональних цілей навчання) і пасивну (коригуючу) побудову послідовності курсів, що формує курс на основі доступного матеріалу, що навчається. У системі буде реалізовано два рівні послідовностей курсу: послідовність низького рівня (послідовність завдань) визначає наступне навчальне завдання всередині поточної підцілі; послідовність високого рівня (послідовність знань) визначає наступну підціль вивчення (поняття, набір понять, тему чи урок).

Для виконання функції інтелектуального аналізу відповідей учнів у системі має бути реалізований аналізатор рішень, який визначає правильність отриманого рішення, що конкретно неправильно чи неповно у відповіді, а також визначає недостатні та неповні знання, відповідальні за помилку. Це представляє учня зворотний зв'язок і дозволяє оновлювати модель учня.

Для отримання інтелектуальної допомоги на вибір наступних кроків при розробці проектів та шляхів їх вирішення повинен бути організований механізм інтелектуальної підтримки. Інтелектуальна підтримка призначена для проектувальників, які не мають достатнього досвіду самостійногорозв'язання задач. Можливо кілька шляхів забезпечення цієї підтримки – це безпосередня консультація експерта, надання «чужого» досвіду у формі вирішеного аналогічного завдання чи його окремих етапів або можливість ухвалення рішення в результаті обговорення з іншими студентами.

Для забезпечення використання аналогів при вирішенні різних завдань у системі передбачено можливість управління зберіганням раніше розроблених успішних проектів. Для цього розроблено структуру, що дозволяє використовувати як окремі частини проектів, так і проект загалом. Для обміну думки між кількома учнями в системі має бути реалізований механізм форуму, що дозволяє приймати рішення щодо вибору подальших кроків у процесі проектування на основі «паралельного» досвіду в режимі «on-line». Крім того, цей механізм дозволяє організувати командну розробку проекту та прищепити учням навички роботи у групі, що відіграє істотну роль при розробці складних проектів. У режимі чат можливе обговорення ширшого кола проблем, які безпосередньо не пов'язані з вирішуваним завданням.

Запропонована інтелектуальна технологія дозволить організувати гнучку інтелектуальну підтримку процесів навчання, контролю та застосування отриманих знань для вирішення практичних завдань.

Наявність у системі технології підбору моделей учнів дозволить аналізувати та підбирати моделі багатьох учнів одночасно. З одного боку ця технологія дасть можливість формувати групи для спільного вирішення завдань, а з іншого боку – визначати всередині групи учнів, які потребують підвищеної уваги викладача.

Також у системі передбачені механізми контролю якості матеріалів та практичних завдань, що становлять електронний курс за критеріями валідності, надійності,Проблеми, економічності, надмірності, інтегрованості та практичності [7]. При цьому під валідністю розумітимемо здатність електронного курсу відповідати заявленим цілям навчання. Надійність – це стабільність результатів навчання. Труднощі характеризують витрати, необхідних досягнення цілей. Економічність - це здатність досягати поставленої мети за найменшу кількість кроків. Надмірність – це міра наявності в електронному курсі інформації, оволодіння якою не веде безпосередньо до досягнення поставленої мети. Інтегрованість – ступінь взаємозв'язку даного електронного курсу з іншими, залежність результатів навчання за цим електронним курсом від проходження навчання за іншими курсами. Практичність оцінюється учнями експертно. Для реалізації механізму контролю за перерахованими критеріями пропонується використовувати статистичні методи та методи експертних оцінок. Відомості про учнів та результати їх роботи у процесі навчання зберігаються, аналізуються та обробляються спеціальними засобами, що дозволяє накопичувати статистичний матеріал у процесі функціонування системи та використовувати його при розвитку системи та для контролю якості розроблених електронних курсів.

Запропонована концепція відкритої адаптивної контрольно-навчальної системи може бути реалізована у вигляді архітектури, представленої на рис.1.

завдань

Рис.1. Архітектура відкритої адаптивної контрольно-навчальної системи

Особливість представленої архітектури в тому, що поряд із традиційними для мережевих освітніх додатків підсистемами, такими як «Електронний підручник», «Контроль знань», «Аналіз та обробка даних», до неї входять підсистеми, що розширюють її функціональність з погляду відкритості, адаптивності таінтелектуальності.

Підсистема «Метадані» містить опис електронних курсів у вигляді файлів метаданих, що включають додаткову інформацію про структуру та семантику курсів, що дозволить здійснювати швидкий та ефективний пошук необхідних матеріалів для формування адаптивних електронних курсів в інформаційному просторі.

Підсистема «Майстер навчальних проектів» орієнтована рішення конкретних навчальних завдань з комп'ютерних дисциплін, і крім традиційних засобів ведення і документування, здійснює інтелектуальну підтримку користувача всіх етапах процесу розв'язання задачи.

Підсистема «Консультант» реалізує інтелектуальний механізм консультації на основі технології підбору моделей учнів, при цьому консультант підбирається індивідуально з числа викладачів та учнів на основі переваг навчального та цілей навчання.

Наявність у системі підсистеми оцінки та контролю якості електронних курсів дозволяє суттєво підвищити якість навчальних матеріалів, а також забезпечити їх незалежність від кваліфікації та переваг окремих викладачів.

Взаємодія перелічених підсистем у рамках єдиної контрольно-навчальної системи дозволить підвищити ефективність та якість навчання, знизити роль суб'єктивного фактора при проведенні контролю, а також забезпечити незалежність результатів навчання від рівня кваліфікації викладача за рахунок реалізації принципів відкритості, адаптивності та інтелектуальності навчання.

1. Brusilovsky, P.: Intelligent tutoring systems для World-Wide Web. In: Holzapfel, R. (ed.) Proc. з Third International WWW Conference (Posters), Darmstadt, Fraunhofer Institute for Computer Graphics (1995) 42-45.

2. Brusilovsky, P.: Методи і технології адаптивної hypermedia. UserModeling and User-Adapted Interaction 6, 2-3 (1996) 87-129.

3. Brusilovsky, P.: Adaptive educational systems on the World Wide Web. In: Ayala, G. (ed.) Proc. Workshop "Центр Trends and Applications Artificial Intelligence in Education" в 4-й Світовий набір на Експерти Systems, Mexico City, Mexico, ITESM (1998) 9-16.

4. Henze, N., Naceur, K., Nejdl, W., і Wolpers, M.: Adaptive hyperbooks for constructivist teaching. Künstliche Intelligenz, 4 (1999) 26-31.

5. Joukova I., Siplivaya M. “Automated System for Personal Learning and Control of Students' Knowledge”, Proc. of Workshop ABIS-2002, 9-11 жовтня, Hannover, Німеччина.

7. Оцінка якості електронних навчальних посібників в інформаційно-освітньому середовищі Chopin/www. altnet. ru /

Мережевий електронний науковий журнал "СИСТЕМОТЕХНІКА", №1, 2003 р.