К.т.н. Туз В.В., к.т.н Шадхін В.Ю., студент магістратури Березовський В.М.

Київський Національний Університет Технологій та Дизайну, Україна

Дослідження розподілених автоматизованих навчальних систем

Анотація

У статті розглядаються можливі методи побудови освітніх модулів, які дозволяють урізноманітнити навчальні процеси в автоматизованих навчальних системах. Розглянуто способи організації мережевого середовища розподіленої навчальної системи, яка включає в себе локальну обчислювальну мережу і надання доступу через Internet, а також функціональну структуру програмного комплексу.

The article discusses possible methods for constructing educational modules allowing you to diversify the educational processes in the automated training systems. Consider ways of organizing a network environment distributed learning system, which includes local area network and providing access through the Internet, as well as the functional structure of software.

Вступ

В даний час в усьому світі активно ведуться роботи з дослідження і розробки автоматизованих навчальних систем. Основні напрямки цих досліджень:

·      створення нових форм представлення і способів зберігання навчального матеріалу, стратегії активації і використання цих знань;

·      розробка формальних і когнітивних моделей придбання знань;

·      формування моделей поведінки учнів (student modelling);

·      створення нових стратегій навчання студентів та вивчення навчального матеріалу (leaching and learning strategies).

Програмні засоби навчального призначення можна умовно поділити на навчальні системи, наповнені знаннями про конкретні предметні області, про інструментальні системи, призначені для наповнення їх знаннями та довільну предметну область з метою створення навчальної системи. Найбільш перспективними з точки зору співвідношення кінцевого результату і трудовитрат на створення і підтримку є інструментальні системи, які прийнято називати автоматизованими навчальними системами (АНС)[5].

Постановка завдання

Метою даної роботи є дослідження методів організації розподілених автоматизованих навчальних систем і розробка загальних принципів побудови систем контролю знань на основі моделі диференційованої оцінки відповідей учнів.

1.     Преваги та недоліки автоматизованих навчальних систем

До основних переваг АНС можна віднести: можливість використання переваг індивідуального навчання; інтенсифікацію навчання; можливість індивідуальної адаптації курсу навчання до потреб учнів або умов навчання; можливість використання і тиражування передового досвіду; підвищення доступності освіти; навчання навичкам самостійної роботи; розвантаження викладача від ряду рутинних, повторюваних дій (читання лекцій, перевірки контрольних робіт і т.д.); можливість їх використання в рамках дистанційного навчання.

До недоліків такого навчання АНС можна віднести суперечливість між інтегральністю системами знань в рамках освітньої програми, що полягає у міждисциплінарних зв'язках, і базується на додаткових навчальних матеріалах.

На сьогоднішній день завдяки розвитку обчислювальних мереж і телекомунікаційних технологій, автоматизовані навчальні системи отримали можливість вийти на новий рівень. Організація розподілених АНС (РАНС) вимагає пророблення мережних аспектів роботи системи, пов'язаних з наданням віддаленого доступу до системи, підтримкою розподілених даних і об'єднанням мережевих ресурсів для вирішення поставлених перед системою завдань. Одним із важливих завдань при створенні розподілених автоматизованих навчальних системах є організація контролю знань.

 

2.  Застосування мережевих технологій у навчальних системах

Останнім часом у світі спостерігається підвищений інтерес до використання ресурсів міжнародних глобальних комп'ютерних мереж для освітніх цілей. Серед найбільш поширених Internet-технології, які використовуються для інформаційного забезпечення освітніх послуг, можна виділити [2, 5]:

·          системи електронної пошти (E-mail);

·          засоби організації файлових архівів і доступу до них (FTP);

·          мережева файлова система (NFS);

·          push-технологія примусової доставки інформації;

·          глобальна розподілена гіпертекстова інформаційна система (WWW).

Крім цих стандартних Internet-технологій в навчанні застосовуються адаптивні навчальні системи, які використовують такі цікаві підходи [1]:

·          адаптивне планування (curriculum sequencing);

·          інтелектуальний аналіз рішень навчаючого;

·          підтримка інтерактивного рішення задач;

·          підтримка рішення задач на прикладах і підтримка спільної роботи;

·          підтримка адаптивного подання і адаптивної навігації.

РАНС – це АНС, яка функціонує в мережі і об'єднує обчислювальні можливості мережі для реалізації своїх функцій. Навчальна система не може бути названа розподіленою, якщо вона працює тільки в режимі віддаленого доступу і не використовує обчислювальні можливості мережі.

3.    Схема процесу навчання

Процес навчання можна трактувати як процес управління засвоєнням знань, що не суперечить сучасній педагогіці [4, 3]. Цей процес реалізується в замкнутій системі і (як для будь-якої замкнутої системи управління) характеризується метою управління, має об'єкт управління (навчати), пристрій управління і канал зворотного зв'язку (рис. 1). Критерієм якості управління можуть служити результати контролю знань.

Рис.1 Узагальнена схема процесу навчання

Схема, наведена на рис. 1, є спрощеною та формальною. Вона не враховує (і не може враховувати) ті особливості, які накладає на реальний процес навчання участь у ньому людину. Але ця схема дає загальне уявлення про предмет обговорення.

4.    Опис програмного комплексу

Програмний комплекс призначений для створення розподілених повнофункціональних навчальних систем по довільній предметній області.

Функціональна структура програмного комплексу наведена на рис. 2. У завдання монітора і системи контролю знань, крім зазначених на рис. 2, входить формування завдання для процесора бази знань (для зовнішнього керуючого модуля) і зчитування результатів його роботи з файлу обміну даними. Система контролю знань (СКЗ) також організовує взаємодію з учнем, оцінює його відповіді і записує результати в базу даних.

Основні особливості цього комплексу:

1.       Орієнтації на роботу в мережі. Система забезпечує роботу в режимі "клієнт-сервер" в рамках ЛОМ та через Internet. Включає спеціалізований протокол обміну даними в рамках ЛОМ для підтримки розподілених обчислень.

2.       Переносимість забезпечується за рахунок того, що монітор і ядро системи контролю знань написані на мові С і адаптовані до використання під управлінням ОС DOS (не нижче 3.3), UNIX ( Free BSD 4.4 і Linux) і

WIN9x /NT

Рис 2 Функціональна структура програмного комплексу

3.       Відкритість. Принцип відкритості передбачає можливість налаштування системи на вимоги конкретного користувача. Тут можна виділити три аспекти: зміна режимів і параметрів функціонування програмного забезпечення, що входить до складу ядра системи; можливість використання будь-яких навчальних матеріалів на машинних носіях і методів подачі цих матеріалів: електронний довідник, запуск демонстраційних програм і т.д.; організація зовнішнього управління процесом навчання. Це досягається шляхом винесення в зовнішні файли (в базу даних і в базу знань) правил організації управління навчанням і всіх можливих параметрів і характеристик, які можна виміряти в процесі роботи з учнем.

Висновки

Отже, РАНС − це функціонуючий програмний комплекс в обчислювальній мережі, призначений для формування та експлуатації автоматизованих навчальних систем,  що дозволяє підвищити їхній рівень навчання.

Під час дослідження було проведено аналіз існуючих автоматизованих навчальних систем; запропоновано метод багатовимірної класифікації АНС, використання якого дозволяє проводити порівняльний аналіз навчальних систем; показано необхідність орієнтації АНС на дослідження мережевих технологій для створення розподілених систем (РАНС), що забезпечують віддаленій доступ до системи і об'єднання мережевих ресурсів для вирішення, що стоять перед системою завдань.

Розглянуто конфігурація мультиплатформного навчального сервера, що включає в себе сервер РАНС, орієнтований на роботу користувача в рамках ЛОМ, і сервер РАНС, призначений для управління базою даних, для організації розподілених обчислень і доступу через Internet. Також розглянута графічна візуалізація взаємозв'язків дисциплін, що дає учню можливість отримати цілісне уявлення про курс який вивчається та про його практичні цінності. Це дозволяє говорити про використання когнітивної графіки.

Запропоновано спосіб побудови повнофункціональних РАНС, заснованих на принципі відкритої архітектури. Визначено вимоги до програмного комплексу і його структура.


Список використаних літературних джерел:

1.    Беспалько В Л. Педагогика и прогрессивные технологии обучения. – М.: 1995

2.    Брусиловский П.Л. Адаптивные обучающие системы в Word Wide Web: обзор имеющихся в распоряжении технологий. –http://itets.ieee.org/russian/WWWITS.html

3.    Кривицкий В. X. О систематизации учебных компьютерных средств V Кафедра педагогики, психологии и методики преподавания в высшей школе МГУ. – http://itets.ieee.org/russian/depository/v3_i3/html/3.html

4.    Кривошеев А.О., Голомидов Г.С., Таран А.Н., Перспективные Internet-технологии информационного обеспечения образовательных услуг // Российский НИИ информационных систем, 2000.

5.          Кечиев Л.Н., Путилов Г. П., Тумковский С. Р. Информационно-образовательная среда технического вуза- http://www.cnews.ru/reviews/free/edu/it_russia/institute.shtml.