Модельное обеспечение обучающего информационного модуля

Модельное обеспечение обучающей системы состоит из объектов и субъектов обучения, а также методов и алгоритмов выполнения используемых процедур. Рассмотрим модели, совокупность которых называется модельным обеспечением обучающих систем.
Организация обучающей системы является сложной задачей, поскольку процесс обучения не формализован, а может и, в принципе, не может быть формализован. К сожалению, нельзя выделить готовый набор формальных характеристик, которые давали бы возможность сформулировать цели обучения и стратегии достижения этих целей. Поэтому необходимо применять другие подходы решения поставленных задач, например, на практике используется нечеткая логика в случаях решения слабо формализованных задач.
Для организации процессов индивидуализации обучающей системы должны включаться следующие знания:
• о предметной области. Если обучающая система является инструментальным средством, то она должна быть инвариантна к проблемной области знаний (подстраиваться под конкретную предметную область);
• о методике обучения. Для набора правил о формировании управляющих воздействий должна быть взята за основу теория обучения. К сожалению, единой теории обучения не существует. Специалисты в области обучения используют собственные представления о методах и подходах обучения и целесообразности их применения;
• об обучаемом или объекте управления обучением.
В итоге приходим к выводу, что в ситуации отсутствия единой теории обучения, знания о траектории обучения и предметной области должны иметь возможность изменяться для того, чтобы преподаватель мог внести в систему собственное представления об эффективной методике обучения.
Чтобы обеспечить возможность адаптации системы к обучаемому и определить качество результатов обучения, необходимы сведения о цели обучения и о текущем состоянии процесса приобретения знаний.
В современных обучающих системах знания о предметной области, методике обучения и обучаемом представляются с помощью различных моделей, методов, алгоритмов и технологий. Благодаря этим знаниям, обучающая система способна выполнять основные функции преподавателя – предоставлять обучаемому учебный материал, контролировать успешность усвоения поступающих знаний, помогать решать практические задания, выделять причины ошибок обучаемого и формировать на этой основе соответствующие учебные воздействия.
Создание автоматизированных обучающих систем  это один из перспективных способов повышения эффективности процесса обучения.
Объектом управления при обучении является обучаемый. Субъектами управления выступают преподаватель и обучающая система (т.к. она не заменяет, а дополняет преподавателя).
Целью обучения, т.е. целью работы обучаемого с обучающей системой является получение:
• знаний по конкретной предметной области;
• умений применять различные методы и алгоритмы;
• навыков решения задач;
• оценки приобретенных знаний, умений и навыков.
Цель и результат деятельности обучаемого образуют учебную деятельность. Учебная деятельность организуется не субъектом деятельности (обучаемым), а объектом (преподавателем). Для того чтобы цель и результат совпадали, необходимо управление учебной деятельностью. Результат учебной деятельности является свойством самого субъекта. Исходя из этого, программа обучения должна включать в себя 3 основные части:
• теоретическую,
• тренирующую,
• контролирующую.
В систему классификации компьютерных средств обучения по моделям информационных потоков, положен принцип теории управления, а процесс обучения рассматривается как частный случай задачи управления.
Представляя, что любое управление направлено на требуемое изменение свойств какого-либо объекта (объектов) за некоторое конечное время, и всегда сводится к обмену некоторым количеством информации между управляющим и управляемым объектом.
Теория управления рассматривает прикладные программные системы в качестве средств реализации моделей реального мира в интересах и рамках соответствующей предметной области.
С точки зрения данного представления, процесс обучения происходит в замкнутой системе и ему свойственны характерные особенности системы управления: цель обучения, объект управления (обучаемый), управляющую часть, где вырабатываются корректирующие воздействия, поступающие к обучаемому, и канал обратной связи.
В самом широком смысле под моделью обучаемого понимают знания об обучаемом, используемые для организации процесса обучения. Это множество точно представленных фактов об обучаемом, которые описывают различные стороны его состояния: знания, личностные характеристики, профессиональные качества и др.».
Иначе говоря, модель обучаемого в обучающих системах несет в себе необходимую информацию об обучаемом, это: уровень знаний, умений и навыков, способности к обучению и выполнению заданий, личностные характеристики и т.д.
Но набор параметров модели обучаемого без учета методов работы с ними теряет всякий смысл.
В итоге, модель обучаемого это совокупность набора характеристик обучаемого и методов обработки этого набора.
Функции, выполняемые моделью обучаемого:
• адаптация к обучаемому управляющих воздействий системы;
• определение уровня знаний обучаемого и степени достижения заданной цели обучения.
В качестве объекта управления при проектировании автоматизированных обучающих систем рассматривается обучаемый.
По функциональной направленности выделяют следующие классы моделей обучаемого:
- текущая (поведенческая) модель;
- нормативная модель;
- прогнозируемая модель.
Текущая модель формируется путем анализа текущего поведения обучаемого, поэтому модель также именуют поведенческой. Построение текущей модели осуществляется благодаря процессу тестирования. Стоит отметить, что в начальный момент обучения текущая модель обучаемого представляет собой исходную модель обучаемого.
Нормативная модель несет в себе формализованные требования к умениям, знаниям и навыкам по различным сферам, характеристики физического и психического состояния и т.п. Стандарт обучения определяет основные параметры нормативной модели обучаемого.
Прогнозируемая модель обучаемого складывается на основе информации о текущей модели обучаемого и о предыдущих результатов обучения.
Целью обучения является процесс перевода обучаемого из исходной модели в состояние, близкое к нормативному состоянию по пути оптимальной траектории.
Задача формирования критериев оптимальности траектории обучения является отдельной проблемой. Критерием является, меньшее число отклонений фактической траектории обучения обучаемого от нормативной траектории обучения. Отклонения вызваны прежде всего ошибками: действий обучаемого, в организации процесса обучения и в формировании нормативной траектории.
Предметная модель обучаемого содержит следующие компоненты [19]:
- семантическую модель;
- процедурную модель;
- операционную модель;
- тематическую модель;
- функциональную модель.
Семантическая и процедурная модели обучаемого. Как было сказано ранее, предметные знания подразделяют на фактографические и процедурные. Фактографические знания представляют собой сведения о свойствах объектов предметной области и отношениях между ними, они так же порождают семантическую знаниевую модель обучаемого. Процедурные знания описывают порядок и характер преобразования объектов предметной области. Процедурная знаниевая модель обучаемого формализует его процедурные знания.
Операционной моделью обучаемого называют процессом формализации умений обучаемого в ходе обучения.
Тематическая знаниевая модель обучаемого представляет собой формализацию его представлений о структуре изучаемой дисциплины на уровне названий тем этой дисциплины. Так же можно сказать, что тематическая знаниевая модель обучаемого представляет собой модель его метазнаний (предметных знаний).
Функциональная модель обучаемого. Выделяют еще такой аспект структурированности знаний как структурирование по функциональности. Он предполагает, что среди фактографических знаний выделяют следствия, выводы и т.п., теоремы, а среди процедурных знаний – алгоритмы, методы.
Классы моделей обучаемого, рассматриваемые с «технологической» точки зрения:
- оверлейные модели;
- имитационные модели;
- пертурбационные (разностные) модели;
- стереотипичные модели.
Оверлейные модели подразумевает описание знаний обучаемого как некоторое подмножество знаний модели знаний.
Векторной оверлейной моделью называют совокупность всех понятий рассматриваемого курса обучения, каждому из которых поставлено в соответствие значение «знает-не знает».
Сетевую оверлейную модель определяется как графовое представление семантической сети предметной области данного курса обучения, в котором каждому узлу и каждой дуге сопоставлена одна или несколько величин, определяющих степень овладения обучаемым соответствующих понятий и отношений между ними. По способу оценки знаний ученика оверлейные модели разделяют на:
• бинарные («знает - не знает»);
• взвешенные (применяются количественные шкалы);
• вероятностные (оценивание по вероятностной шкале);
• нечеткие (с использованием нечетких множеств).
Генетическая графовая модель является усложнением сетевой оверлейной модели. Данная модель содержит отношения между понятиями, обобщения, конкретизацию, а так же отклонения от нормативной модели.
Имитационные модели представляют знания обучаемого как некоторые структуры данных, а умения обучаемого – процедуры. Имитационная модель обучаемого содержит в себе модели ошибок, ограничений и фальшправил.
Модель ошибок в той или иной форме фиксирует ошибки обучаемого, совершенные им при тестировании.
Модель ограничений представляет собой совокупность нижних и верхних границ достижений обучаемого. Нижняя граница отвечает за конкретные формы понятий и умений, а верхняя граница - за общие формы.
Модель фальшправил является моделью ошибочного поведения обучаемого.
Модели разностного типа разрабатывают на основе отличий между ответами обучаемого и соответствующими знаниями из базы знаний обучающей системы. Стоит отметить, что данная модель учитывает искажение знаний обучаемого в процессе обучения.
Модель пертурбационного типа содержит в себе гипотезу, что знания обучаемого и знания базы знаний обучающей системы могут совпадать неполностью. Данная модель обладает функцией определения причин расхождения знаний. Причинами могут являться:
недостаточность знаний для верного ответа,
ошибочные знания,
неверное использование знаний,
случайные ошибки,
умышленные ошибки.
Стереотипичные модели. В них определяется некоторый набор типовых (стереотипичных) по своим характеристикам обучаемых. А затем для каждого обучаемого определяется вероятность принадлежности к указанным стереотипам.
Максимальную вероятность принадлежности определяют для целевого стереотипа. Задачей назначения стереотипов сводится к определению параметров обучаемых.
К сожалению, не все автоматизированные обучающие системы постоянно используются в реальном процессе обучения, и большая часть из них неприменима вне стен организаций, в которых они были разработаны. Для того чтобы быть полезными, системы должны помогать преподавателю или обучаемому на многих этапах их работы. Для поддержки различных способов обучения или различных структур курсов такие системы не могут быть использованы в существующем виде, что является значимой проблемой в сфере обучения.

Рекомендуем посмотреть:

Развитие творческих способностей учащихся на уроках информатики и ИКТ Информационная безопасность в сети Интернет Использование методических приемов для проведения рефлексии на современном уроке в условиях реализац Мотивация на уроках информатики