CC BY
47
циалистов для работы в сфере дистанционного обучения. При этом проблема растущего спроса на специалистов этого направления в сфере образования остается. В масштабах страны она может быть решена только при разработке и реализации государственной программы по подготовке педагогических кадров для СДО. При этом необходимо учитывать, что система дистанционного обучения обретает целостность благодаря своей главной составляющей - присутствию «человеческого фактора», или фигур преподавателя и обучаемого, которые и обуславливают единую структуру и взаимосвязи образовательных компонентов СДО. При этом ведущим является преподаватель, а ведомым - обучаемый. Соответственно, преподавателю отводится главная роль в выработке стратегии обучения и ее реализации. Соблюдение целостности и осуществление на практике системного подхода к обучению и, соответственно, высокое качество обучения может обеспечить только высококвалифицированный педагогический персонал, владеющий необходимыми знаниями, методиками, навыками дистанционного преподавания и нацеленный на перспективу интеграции в единое мировое информационно-образовательное пространство.
Литература
1. Российское образование. Федеральный образовательный портал: нормативные документы [Электронный ресурс]. - URL: http://www.edu.ru/db/mo/Data/d_02/393.html (дата обращения 12.10.2010).
2. Система дистанционного обучения МИЭЭ [Электронный ресурс]. - URL: http://edu.mieen.ru/moodle/login/index.php (дата обращения 12.10.2010).
3. Полат Е. С., Моисеева М. В., Петров А. Е. и др. Дистанционное обучение. - М.: ВЛАДОС, 1998.
4. Система дистанционного обучения МИЭЭ [Электронный ресурс]. - URL: http://edu.mieen.ru/moodle (дата обращения 5.11.2010).
УДК 378.16:004.032.6
ББК 74.582.02
ВАК 05.13.01
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЛГОРИТМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АДАПТИВНЫХ ОБУЧАЮЩИХ МОДУЛЕЙ В НОТАЦИИ UML
Я. В. Курзыбова, старший преподаватель Тел.: (395) 52-11-22, e-mail: [email protected] Иркутский государственный университет Международный институт экономики и лингвистики http://www.id.isu.ru
The present article includes description of the algorithm of adaptation to learning situations. This algorithm is based on the principles of iterative learning with the application of UML language. The article contains conceptual characteristics of the principles of formation of the adaptive learning module. The static model of algorithm and the model of their interaction is also considered.
В статье приводится описание алгоритма адаптации к учебной ситуации, основанного на закономерностях итеративного обучения с использованием языка UML. Описывается концептуальная характеристика принципов формирования адаптивного обучающего модуля. Рассматривается статическая модель алгоритма и модель взаимодействия.
Ключевые слова: UML, адаптивный обучающий модуль, итеративное обучение.
Keywords: UML, adaptive learning module, iterative learning.
Введение
Известно, что любая программа представляет собой набор алгоритмов (компонентов), которые, взаимодействуя между собой, решают поставленную задачу. При этом программа будет являться программной системой [1], если она представляет собой совокупность взаимосвязанных компонентов, каждый из которых выполняет вполне определенные функции. В общем случае любая обучающая программа может считаться программной системой [1], так как в ней обязательно присутствует компонента интерфейса пользователя, и компонента, реализующая предлагаемую методику обучения.
Для реализации возможности встраивания адаптивных обучающих модулей в систему обучения выделим минимальный набор требований: поддержка реализации модульности учебного материала; наличие дружественного пользовательского интерфейса, предоставляющего функции работы с учебными модулями; наличие хранилища данных для результатов взаимодействия обучаемого с адаптивными модулями (информационный объект, характеризующий однократное взаимодействие обучаемого с модулем, будем называть - историей обучения [1]).
1. Концептуальные характеристики адаптивного обучающего модуля
Под адаптивным обучающим модулем будем понимать подсистему электронного курса, включающую в себя логически и тематически обоснованный набор УО (учебных объектов), с определенными на нем правилами поведения обучаемого. Самоприспосабливаемость модуля как подсистемы обучения будет заключаться в изменении структуры модулей (изменении набора УО) как следствия обучающей траектории, а также в изменении правил взаимодействия обучаемого с адаптивным модулем. Целью адаптации будет служить достижение высоких показателей обучения (максимизация ЗУН) с оптимальными затратами ресурсов (времени, затраченного обучающим и обучаемым).
Обучающая траектория (обучающая последовательность) будет формироваться циклическим алгоритмом, основанным на закономерностях итеративного обучения [2]. Обучающая итерация включает в себя набор УО, дерево деятельности, ограничения модели обучаемого, тестовые задания, покрывающие все УО. Промежуточное тестирование по завершении очередной итерации обучения инициирует реструктурирование адаптивного модуля, а также правил взаимодействия обучаемого с модулем.
Обучающая траектория реализуется следующим образом: на первой итерации студенту доступны элементы, определенные для него в «модели студента» (п. 2.2.1). При изучении элементов первой итерации происходит накопление статистических данных по каждому студенту, итерация завершается тестированием, которое содержит вопросы по всем предложенным в итерации темам, по результатам тестирования строится новая траектория из элементов, с которыми не справился студент. Число итераций зависит от модели обучаемого и успешности прохождения каждого промежуточного тестирования, показателей статистики обучения, также влияющих на каждую последующую итерацию траектории.
Управляющее воздействие, приводящее к адаптации, генерируется итеративно и включает в себя следующие этапы:
1. Контроль и фиксация времени, затраченного на изучения отдельного элемента раздела (или курса).
2. Установление последовательности изучения элементов (Asset) - строгая последовательность изучения или свободная (возможность многократного повторного обращения к элементам курса, движение как вперед, так и назад по дереву курса).
3. Промежуточный контроль на каждой итерации изучения раздела курса.
4. Сохранение результатов промежуточного контроля.
5. Контроль и сохранение числа попыток изучения каждого элемента обучающего модуля.
6. Возможность ограничения учебных элементов по глубине изложения материала (студенту будут доступны лишь элементы заданной для него глубины изложения). Предполагается использование трех уровней изложения: информационно-рецептивного (1), репродуктивного (2) и проблемного изложения (3).
При данном подходе появляется возможность динамически изменять структуру модуля в зависимости от результатов промежуточного тестирования и статистики взаимодействия обучаемого с модулем.
2. Статическая структура модели сценария обучения
Возникает задача динамического формирования стратегии (сценария) обучения в системах с детерминированными сценариями. Предлагаемое нами решение данной задачи позволит автоматизировать процессы управления обучением в уже существующих системах, качественно улучшить результаты электронного обучения.
В спецификации SCORM рассмотрены стандартные механизмы управления последовательностью изучения курса и навигацией по разделам курса (элементам курса) в книге «SCORM
sequencing and navigation» [3], но ответственность за механизмы их реализации ложится на разработчиков курса. В рамках статьи предлагается реализация последовательности и алгоритм, эту последовательность формирующий.
Стандарт описывает объект activities, позволяющий использовать заданный порядок учебного материала с помощью структурированных наборов инструкций (разделов). Этот объект отражает взаимодействие и отношение разделов и модулей между собой. Последовательность прохождения обучения обычно связана с иерархической структурой разделов (например, глава, затем часть, затем модуль), однако это не является обязательным правилом. Разделы, которые не включают в себя другие разделы, должны иметь связанные с собой учебные ресурсы, необходимые для обучения [4].
Схема организации учебного материала также имеет свои метаданные, которые обеспечивают возможность повторного использования. Как и в случае с SCO, для связывания метаданных и схемы организации используется сборка учебного материала.
Для представления модели динамического сценария обучения будем использовать объектно-ориентированный анализ [4, 5] и проектирование. Рассмотрим объектно-ориентированную модель сценария обучения в среде дистанционного обучения в нотации UML.
UML (сокр. от англ. unified modeling language - унифицированный язык моделирования) -язык графического описания для объектного моделирования в области разработки программного обеспечения. UML является языком широкого профиля, это открытый стандарт, использующий графические обозначения для создания абстрактной модели системы, называемой UML-моделью. UML был создан для определения, визуализации, проектирования и документирования в основном программных систем [5].
Использование UML не ограничивается моделированием программного обеспечения. Его также используют для моделирования бизнес-процессов, системного проектирования и отображения организационных структур.
Диаграмма классов - тип диаграмм UML, служит для представления статической структуры модели системы в терминологии классов объектно-ориентированного программирования (рис. 1).
Введем следующие классы (термин «класс» используется в контексте ООП, и другие трактовки недопустимы) для моделирования ролей пользователей при построении динамических адаптивных траекторий, которые позволят отразить участников процесса обучения в электронной среде: User - родительский класс для определения абстрактного пользователя, который, в свою очередь, делится на Trainee - обучаемый, и Teacher - преподаватель. С классом Trainee будут связаны классы, определяющие правила взаимодействия с учебными элементами, - класс EducationRule, а также объекты формирования стратегии обучения - Trajectory.
Для моделирования и представления учебных элементов введем класс LearningModule, экземплярами данного класса могут выступать учебные элементы, тестовые задания, графическая иллюстративная информация и многое другое, наследниками данного класса выступают SCO и Asset, данные сущности заимствованы из стандарта SCORM и позволят в дальнейшем пользоваться возможностями, регламентированными в стандарте.
Класс Trajectory определяет набор учебных элементов Asset, их последовательность и правила представления. Trajectory находится в отношении зависимости с классом ChangeAdapta-tion, непосредственно выполняющим настройку параметров последующего использования учебных элементов (SCO и Asset), а также служит обратной связью между результатами обучения и дальнейшей корректировкой класса Trajectory. VisualPanel используется для организации интерфейса с пользователем и «отрисовки» графических элементов на страницах электронного курса. ResultOfLearning служит для сбора и подготовки к сохранению в базу данных информации о взаимодействии обучаемого с учебными элементами, а также результатов выполнения тестовых заданий.
3. Взаимодействие объектов навигации
Для моделирования взаимодействия объектов в UML используется диаграмма взаимодействия, где объекты - экземпляры классов [5]. Диаграмма взаимодействия описывает взаимодействие объектов системы в информационном аспекте их коммуникации, т. е. взаимодействующие объекты обмениваются между собой некоторой информацией. При этом информация принимает форму законченных сообщений, которые могут оказывать направленное влияние на своего получателя.
На рис. 2 более наглядно продемонстрировано формирование динамической обучающей траектории по средствам компоновки ^СО-объектов из ^.«е^-элементов, а также влияние на эту
траекторию окружения (системы обучения, преподавателя, самого обучаемого). На диаграмме представлены следующие объекты: преподаватель, LMS, электронный курс, SCO, Asset, сценарий (траектория), обучаемый.
Поведение и «существование» объектов на данном типе диаграммы можно проследить на временной шкале, начинающейся в момент начала обучения в системе.
Рассмотрим информационные процессы, связанные с каждым из объектов. Роль преподавателя в данном подходе к электронному обучению заключается в структурировании контента модулей электронного курса, при этом курс может быть размещен в любой системе обучения (LMS), соответствующей спецификации SCORM. Преподаватель также определяет «поведенческую модель» для обучаемого или группы обучаемых, «поведенческая модель» представлена характеристиками и правилами обучения для обучаемого. В (1) описывается объект «история обучения», который позволяет корректировать обучающую траекторию и вместе с тем учитывать «поведенческую модель», определенную до начала обучения преподавателем.
Histk (i) = {<di, ni, ti, ri, ai>, <d2, n2, h, r2, a2>, ..., <dm, nm, tm, rm, am>}, (1)
где Hist (i) - история обучения, характеризующая множество УО в траектории на k-й итерации; i - номер Asset-элемента в траектории; d (difficulty) - уровень представления (изложения) учебного материала; n (number) - число попыток; t (trend) - направление навигации; r (result) - уровень достижения учебных целей; a (accessibility) - доступность других элементов траектории (не только логически следующих за изучением текущего учебного элемента).
LMS в данном подходе связана информационными потоками с электронным курсом и обучаемым. Вся информация после взаимодействия обучаемого с адаптивным модулем предается в LMS для формирования статистики обучения и отчетов.
SCO-объект представляет собой модуль, встроенный в электронный курс и запакованный в SCORM-пакет (contentpackage - пакет содержания). Этот файл содержит полное описание курса обучения и его составляющих. Следовательно, один электронный курс может быть собран из нескольких адаптивных обучающих модулей, представляющих собой разные тематические разделы. Каждый модуль регистрируется в xml-файле imsmanifest.xml. Фрагмент данного файла приведен ниже.
<item identifier=«ITEM-AA504022-8E6C-9F66-D138-92DEFE3E916E» isvisible=«true» identifier-ref=«RES-1EBBF975-F003-B92D-CC6B-660B36182418»> <Шк>Списки</Шк> <adlcp:datafromlms> 3|18 1|1 2|1 3|1 4|2 5|2 6|2 7|2 8|3 9|1
10|1—2—3 11|3
12|C—A—D—B 13|1
14|G—A—C—E—D—F—B 15|2
16|БСЧЁТ#БСЧЕТ#бсчет 17|БДСУММ#бдсумм
18рСЧЁТА#БСЧЕТА#бсчета<^1ср: datafromlms> </item>
В рамках одного SCO-элемента курса через последовательность Asset-элементов (Asset -это электронное представление текста, изображений, видео и другой информации, определяющей структуру контента, которая может быть доставлена пользователю через сеть) реализуется его адаптивное представление для изучения.
Объект «сценарий» содержит механизмы адаптации структуры учебного контента к текущему уровню обучения, фиксируемому в (1).
Заключение
Анализ спецификаций и международных соглашений в сфере электронного обучения повлек создание интероперабельных обучающих модулей, обладающих возможностью встраивания в любые системы, соответствующие спецификации SCORM.
Разработанная модель адаптивного формирования учебной траектории, основанного на итеративном обучении, позволяет эффективно использовать ресурсы для проведения обучения в электронной среде, добиться более высоких результатов обучения, вместе с тем снижая ведущую роль преподавателя в процессе обучения.
Использование предложенных механизмов адаптации обучающего модуля к обучаемому позволит повысить эффективность системы за счет использования более эффективной методики обучения.
Литература
1. Мельников А. В., Цытович П. Л. Принципы построения обучающих систем и их классификация [Электронный ресурс]. - URL: http://scholar.urc.ac.ru/ped_journal/numero4/pedag/tsit3.html.ru (дата обращения: 05.03.2009).
2. Новиков Д. А. Закономерности итеративного научения. - М.: ИПУ РАН, 1998. - 77 с.
3. Курзыбова Я. В. Использование SCORM SEQUENCING AND NAVIGATION для построения адаптивной траектории обучения // Открытое образование, 2007. № 3. С. 41-46.
4. Организация учебного материала // Стандарт SCORM и его применение [Электронный ресурс]. -URL: http://cccp.ifmo.ru/scorm/__8.html (дата обращения: 05.03.2009).
5. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на C++. 2-е изд. - М.: Бином, 2000. - 560 с.
6. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML: Руководство пользователя / Пер. с англ. - М.: ДМК Пресс, 2001. - 432 с.
УДК 616.12+004.5+004.9+681.5+378.14+37.04
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛИЯНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ СТУДЕНТА В ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ
А. В. Лямин, к. т. н., директор центра дистанционного обучения Тел.: (812) 232-59-14, e-mail: [email protected]; http://de.ifmo.ru В. А. Разыграева, аспирант кафедры «Компьютерные образовательные технологии» Тел.: (911) 197-81-87, e-mail: [email protected] Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики www.ifmo.ru
The article considers the estimation of influence of learning on the student. For this purpose the training-modeling stand was designed. It allows to define the student's functional state at rest, to simulate a variety of tests and to monitor the changing of the student's state in the learning process.
В статье рассматривается вопрос оценки влияния обучающего воздействия на организм студента. Для этого разработан тренажерно-моделирующий стенд, который позволяет определять функциональное состояние обучающегося в состоянии покоя, моделировать различные контрольно-тестовые задания и непрерывно следить за изменением состояния студента в ходе нагрузки.
Ключевые слова: обучающее воздействие, адаптивная автоматизированная обучающая система, тренажерно-моделирующий стенд, вариабельность сердечного ритма, функциональное состояние студента.
Keywords: intelligent load, adaptive learning management system, the training-modeling stand, heart rate variability, student's functional state.
