Вісник касу - застосування автоматизованих навчальних систем в освіті

Автоматизована навчальна система - це інформаційно-програмний комплекс професійної підготовки фахівців, що дозволяє здійснювати формування знань і умінь. Навчальні системи можуть використовуватися як навчальний матеріал для дистанційного або самостійного навчання, підвищення ефективності підготовки фахівців.

АОС, побудовані на основі мультимедійних технологій, є сьогодні одним з найбільш ефективних засобів навчання. Саме тут в повній мірі реалізується давній, але як і раніше вірний принцип методики викладання: краще один раз побачити, ніж сто разів почути.

У побудові навчального матеріалу величезне значення має створення моделей реальних об'єктів, які дозволяють як би проникнути всередину об'єкта, зрозуміти основи і суть процесів, що відбуваються, розкрити внутрішні закономірності.

Ще однією незаперечною перевагою АОС є інтерактивність, яка забезпечує діалоговий режим протягом усього процесу навчання. Завдяки цьому, навчальні системи надають значну підтримку учням, полегшуючи процес навчання і позбавляючи їх від тих елементів занять, які не забезпечують засвоєння необхідного матеріалу. За допомогою АОС займається може сам задавати собі швидкість навчання і самостійно його контролювати.

Крім того, всі навчальні системи містять блоки перевірки знань учня, а також програмні додатки, що забезпечує реєстрацію користувача та ведення протоколу навчання.

В даний час розроблено велику кількість електронних навчальних матеріалів, в якості яких виступають електронні підручники, електронні навчальні посібники, автоматизовані навчальні системи і т.п. Існуючі електронні навчальні матеріали вирішують ті чи інші завдання навчання з більшою або меншою ефективністю, яка визначається, перш за все, ступенем керованості учнем в процесі навчання. В умовах наростаючого інтересу до створення різних варіантів електронно-методичних матеріалів виникає необхідність в класифікації цих матеріалів з метою оцінки їх відмінності і визначення області застосування. Вже існує ряд класифікацій навчальних систем за різними їх властивостями. Однак немає класифікації, що відбиває керованість учня системою, що при розширенні використанні електронних навчальних матеріалів є важливим на даний момент.

Пропонована нижче класифікація ранжує різні реалізації електронних навчально-методичних матеріалів з розподілу ролей між учнем і системою, що реалізуються ними в процесі навчання.

1) Технологічність процесу навчання. Технологічність педагогічних методів.

Систематичними дослідженнями проблем навчання першими зайнялися психологи через вивчення психофізіологічних особливостей учнів. У психології навчання розуміється так само, як в педагогіці - засвоєння учнем певної системи знань, умінь і навичок. При цьому, з точки зору психології, важливу роль в навчанні грає пам'ять, тобто такі найважливіші психічні процеси, як запам'ятовування і забування, що характеризують засвоєння знань. В результаті експериментів психологів були отримані різні коефіцієнти і залежності, на основі яких були створені перші моделі навчання. Пізніше дані моделі були переведені в вірогідну форму. Дані моделі використовуються розробниками систем на наступних етапах розвитку моделей навчання.

Ідея автоматизації навчального процесу на даному етапі зводилася до використання, головним чином, різних технічних засобів навчання (ТСО), що доповнюють навчальний процес. Всі розробки були спрямовані на створення навчальної технічного середовища. При цьому технологічність процесу навчання визначалася обсягом застосування ТСО як додатковий засіб навчання. Поступово дослідники переходили до ідеї застосування ТСО не як доповнення навчального процесу, а як пристрої, що бере на себе деякі функції вчителя. Так як ТСО не мали властивістю управління навчальним процесом, реалізація з їх допомогою функцій вчителя, тобто заміна вчителя технічним засобом для управління або супроводу хоча б частини навчального процесу, була неможлива. В результаті дослідники прийшли до необхідності осмислити сам навчальний процес, формалізувати його і описати як технологічний процес.

На даному етапі навчальний процес став об'єктом досліджень. Був досліджений сам навчальний процес, а також різні способи його організації, засновані на різних педагогічних методах. При цьому основний принцип побудови навчального процесу полягав в системі послідовних, чітко описаних дій, виконання яких веде до заздалегідь запланованої мети. Першим результатом цих досліджень і одночасно основою подальших моделей навчання на початку 60-х років XX століття стала модель програмованого навчання, представлена ​​в безлічі видань. Суттю даної моделі є адаптація навчального процесу під чітко задані цілі. Цілі представлені деяким еталонним результатом, наприклад, задані правильні відповіді. Після порівняння результату з еталоном ставиться оцінка, яка є єдиною характеристикою учня. Залежно від оцінки, вибирається наступний етап навчального процесу, при незадовільну оцінку можуть бути обрані і альтернативні способи викладу матеріалу. Такі моделі можуть бути реалізовані як лінійними, так і розгалуженими схемами навчання. При використанні тільки однієї характеристики учня ідея про побудову його моделі не розглядається, об'єктом управління залишається сам навчальний процес, вже всередині якого знаходиться об'єкт - той, якого навчають.

2) Реалізація моделей навчання на основі методу пакета прикладних програм.

Даний етап охарактеризований реалізацією ідей програмованого навчання в електронних навчально-методичних матеріалах (наприклад, АОС) на основі методу пакета прикладних програм. Основним принципом даного методу є поділ бібліотеки стандартних програм і програм, які керують ресурсами машини і бібліотекою. Для взаємодії користувача з системою використовується діалоговий компонент зі спеціальним вхідним мовою, що дозволяє давати чіткі команди виклику навчальній системі. Схема процесу навчання в АОС наступна: хто навчається пред'являється порція навчальної інформації (ОІ), дається перевірочне завдання, здійснюється перевірка правильності відповідей і визначається наступна порція НІ. При лінійної схемою навчання план навчання задається розробниками заздалегідь з розрахунком на середнього учня і не коригується в процесі навчання. Дещо пізніше, реалізували розгалужені (більш складні) схеми навчання, в яких навчають були розділені на групи, і план навчання задавався для кожної групи окремо з розрахунком на середнього учня цієї групи. Характеристикою учня є номер його групи або оцінка. Віднесення учня до групи або оцінка визначається тільки з його відповідей. Даний метод дозволяє реалізувати дані схеми: вхідна мова діалогового компонента достатній для прийняття відповідей учня, а програма, що керує бібліотекою, здатна викликати програми розрахунку оцінок учня і вибрати наступний етап навчального процесу.

АОС з розгалуженими схемами навчання дозволяли ставити індивідуально план навчання для кожної групи учнів, проте такі плани навчання все одно розраховані на середнього учня, але вже для групи. Дослідники прийшли до розуміння, що для ефективного управління таким складним об'єктом, як той, якого навчають, для якого неможливо заздалегідь створити точної і повної траєкторії навчання, необхідно індивідуалізувати процес навчання для кожного учня, а для цього системі необхідні знання про студента, що вивчається їм середовищі та обмежених можливостях управління навчальним процесом.

3) Реалізація моделей навчання методом експертних систем. Для отримання більшої ефективності управління учнем дослідники звернулися до більш глибокого вивчення поняття «адаптації». Адаптація, як процес пристосування до об'єкту управління, має кілька ієрархічних рівнів, які відповідають різним етапам управління учнем:

- параметрическая адаптація реалізується шляхом підстроювання значень параметрів моделі учня під його поточний стан;

- структурна адаптація реалізується шляхом переходу від однієї структури до іншої; структури повинні бути спорідненими між собою, але відрізнятися набором параметрів і зв'язків між ними. наприклад, при розгалуженій схемі навчання для кожного типу учня визначена відповідна модель, що відрізняється структурою з моделями інших типів учнів. така структурна адаптація називається адаптацією по статичній структурі. іншим способом реалізації структурної адаптації є адаптація за функціональною структурою, що передбачає зміну функцій управління програмою навчання, тобто зміна схеми взаємодії системи і учня;

- адаптація об'єкта управління. будь-який об'єкт представлений в системі обмеженою моделлю; все, що не потрапили в модель параметри і структури вважаються зовнішнім середовищем. дана адаптація реалізується шляхом розширення моделі за рахунок додавання в модель нових параметрів або структур із зовнішнього середовища;

- адаптація цілей реалізується за рахунок вибору нового безлічі цілей з безлічі можливих цілей, визначених апріорі в системі. Всі попередні рівні адаптації спрямовані на досягнення цілей, поставлених перед системою.

Для реалізації всіх розглянутих рівнів адаптації в моделях з розгалуженою схемою навчання не вистачало «знань» про студента. Це призвело до створення моделей навчання, в яких для управління процесом навчання використовуються моделі про студента, поряд з наявністю в системі експертних знань про предмет вивчення і педагогічних методах. Реалізацією даного підходу стала поява в 1982 році на базі методу експертних систем (ЕС) нових структур навчальних систем.

Головною відмінністю даної моделі навчання від попередніх є можливість не закладати апріорі послідовність кроків навчання, тому що вона будується самою системою в процесі її функціонування, що і дозволяє будувати для кожного учня індивідуальний план навчання.

Дані навчальні системи здатні виконувати параметричну і структурну адаптації. Однак, в разі виникнення завдання, для вирішення якої у системи недостатньо знань, завдання залишається невирішеною. Це говорить про недостатність параметрів в структурі моделей учня або невідповідність мети, переслідуваної системою, цілям об'єкта навчання. У даних системах експертні знання про предмет і методи вивчення повинні бути повними, проектуватися апріорі і в процесі навчання не змінюватися. Крім того, робота системи спрямована на досягнення однієї фіксованою, апріорі певної мети навчання. Це унеможливлює реалізацію адаптації цілей навчання і тим більше адаптацію об'єкта навчання.

4) Мультиагентний підхід до реалізації моделей навчання. В рамках мультиагентного підходу розглядається можливість реалізації адаптації всіх рівнів, що дозволить забезпечити управління об'єктом - учнем на всіх етапах процесу навчання.

Рушійною силою систем, заснованих на Мультиагентний підході, є здатність агентів вести переговори. При цьому їх комунікація заснована на семантичних повідомленнях (найвищого рівня), а не на заздалегідь визначених повідомленнях нижчого порядку. Переговори необхідні для одночасного виконання функцій агентів, коли різні агенти, можливо, мають різні взаємовиключні цілі і наміри, різні можливості в своїх віртуальних світах, мають різною інформацією. Питання взаємодії агентів різної архітектури вирішені застосуванням відповідного мови комунікації агентів (ACL) і мови обміну інформацією, які дають можливість агентам ефективно розуміти один одного, незважаючи на різницю в підходах їх побудови і функціонування.

Мультиагентна система реалізує розподілене управління, яке може бути як централізованим, так і децентралізованим.

Централізоване управління виконується центральним пристроєм управління, який формує колективи агентів і розподіляє всі виникаючі завдання між агентами колективу.

При децентралізованому управлінні відомі різні варіанти реалізації систем, одним з них є застосування «контрактної системи» управління. При реалізації даного підходу вершинами мережі агентів є безліч незалежних керуючих агентів (виконавців), які володіють інформацією про те, які завдання вони здатні вирішувати, які кошти використовувати, з якими агентами і як взаємодіяти при вирішенні задачі. При виникненні конкретної задачі відбуваються переговори між агентами і з'ясовується, який агент яку частину завдання може вирішити. За допомогою такого процесу відбувається розподіл рішення задачі. Всі агенти незалежні, тобто початковий стан графа перш ніж розпочати розв'язання задачі являє ізольовані між собою вершини. Все зв'язку встановлюються тільки в процесі функціонування системи при вирішенні завдань. Використання даного підходу перешкоджає відсутність ефективного глобального управління роботою такої системи, не дивлячись на те, що такий підхід має гнучкість і модифікуються навчальної системи.

Таким чином, для кожного конкретного завдання навчання складається певний колектив агентів, що говорить про зміну структури і цілей вирішальної системи в залежності від поставленого завдання. Формування колективів агентів для вирішення задач навчання дозволяє реалізувати будь-який рівень адаптації, тому що ця процедура передбачає формування кожен раз структури системи, її уявлення про об'єкт управління, тобто навчають і цілей навчальної системи, що адаптуються під цілі, переслідувані на даний момент об'єктом управління.

5) Класифікація засобів навчання (електронних навчально-методичних матеріалів).

C точки зору управління навчальним процесом, все навчальні системи можна розділити на два класи:

1 клас: навчальні системи, в яких управління процесом навчання покладено на користувача. Містить виклад навчальної дисципліни або її розділу відповідно до її логікою на машинному носії в текстовому і графічному форматах. Навчальні системи даного класу відрізняються між собою функціональністю, властивостями, способами їх реалізації і діляться на наступні підкласи:

1.1. Електронні підручник, або методичний посібник з послідовною структурою - можна розглядати як електронну копію традиційного друкованого підручника чи посібника. Структура подання матеріалу на машинному носії є послідовною.

1.2. Електронні підручник, або методичний посібник з гіпертекстової структурою - представлення навчальної дисципліни на машинному носії має гіпертекстову структуру.

1.4. Електронна бібліотека - система, що управляє комплексом електронних навчально-методичних матеріалів різного класу з різних навчальних дисциплін, що дозволяє тому, якого навчають виконувати пошук інформації (пошук за ключовими словами, пошук по предметної області); простір пошуку повинно допускати розширення, причому, необхідна організація взаємодії з відповідною бібліографічної системою.

1.6. Електронні підручник або методичний посібник із засобами рубіжного контролю - після кожного розділу навчальної дисципліни системою формується оцінка, яка є основою для самоконтролю учня. Система може мати всі або декількома властивостями мультимедійних систем.

2.1. АОС з лінійної моделлю навчання - структура представлення матеріалу на машинному носії є послідовною. Залежно від результатів перевірки, якого навчають надається чергова (наступна) порція навчального матеріалу, або він повертається до додаткового вивчення попередньої порції. Система може мати всі або декількома властивостями мультимедійних систем 1 класу.

2.2. АОС з розгалуженою моделлю навчання - для кожної порції навчальної дисципліни в системі задано кілька варіантів викладу матеріалу, що розрізняються за ступенем подробиці, глибиною викладу, а також кілька варіантів пропонованих в кінці кожної порції перевірочних завдань з різними рівнями складності. Дана система адаптується по глибині, ступеня подробиці викладу досліджуваного матеріалу і складності перевірочних завдань, що дозволяє їй формувати індивідуальну траєкторію навчання. Реалізується параметрична і структурна адаптація.

2.4. АОС з адаптацією за логікою викладу - контроль учня здійснюється на основі зіставлення моделей про предметну область вчителя (еталонної моделі) і учня. У даних системах реалізується структурна адаптація. Реалізується параметрична і структурна адаптація.

2.5. Мультиагентна АОС з адаптацією по об'єкту та цілям навчання - управління навчальним процесом здійснюється колективом агентів, кожен з яких окремо має всі властивості навчальних систем попередніх підкласів. Колектив агентів складається кожного разу під конкретного учня, під його мети навчання.