Компьютерная кибернетическая технология очного и дистанционного обучения

 

Введение

Развивающаяся в настоящее время компьютерная технология обучения (для поддержки, прежде всего, самостоятельной работы обучаемого) должна соподчиняться общим закономерностям процесса обучения-познания.

Обучение есть информационный процесс формирования знаний у субъекта обучения под управлением учителя.

Понятие <Информационный процесс> есть категория для понятия <обучение>.

Субъект обучения - индивидуум, группа индивидуумов, система искусственного интеллекта.

Знание есть активная информация, способная генерировать новую информацию. Предполагается, что знание содержит декларативную и алгоритмическую части, находящиеся в некоторой среде (мозг, модель мозга), способной активизировать обе компоненты. Вне такой среды обе компоненты знания представляются информацией в декларативной форме.

Информационный процесс состоит из операций. Операция характеризуется алгоритмом, входной и выходной информацией. Будем различать операции сложные и элементарные. Сложные операции могут быть декомпозированы на сложные и элементарные операции (не декомпозируемые на более простые). В информационном процессе могут быть выделены этапы как совокупности операций, имеющих общее целевое назначение.

1. Структура процесса обучения. Уровни знания

В процессе обучения выделяем уровни (формы) знания:

и семантические (смысловые) модели, формируемые в сознании обучаемого на каждом этапе:

Достижение перечисленных уровней знания связано с привлечением и формализацией тех или иных технологий обучения.

2. Семантические модели и семантическое программирование

Семантической моделью предметной области называем ее смысловое содержание, направленное на выражение того или иного уровня знания и представленное вне сознания некоторым формальным аппаратом.

Термином "семантическое программирование" обозначаем процедуры создания и применения (здесь - для целей обучения) семантических моделей предметной области. Формальный аппарат семантического программирования - фреймовой структуры, включает три типа элементарных фреймов: классификационные, смысловые связи и директивные.

Классификационные фреймы позволяют упорядочивать ключевые понятия предметной области под понятием - категорией, которое выступает как имя фрейма.

Директивный фрейм есть приказ для пользователя на проведение какого-либо действия или терминальный текст.

Смысловая связка содержит сказуемое, входной и выходной аргументы, являясь заготовкой предложения естественного языка.

Элементарные фреймы объединяются во фразы, совокупность которых представляет собой семантическую модель на ограниченном естественном языке. Эта модель может быть представлена графом, в частности, типа "и - или".

Это лишь язык представления знаний. Искусство учителя или системы извлечения знаний учителя состоит в том, чтобы на этом языке выразить сущность семантических моделей, поддерживающих тот или иной уровень знаний.

3. Процесс обучения как управляемый процесс

Управление процессом обучения происходит по принципу обратной связи: учебные задания, разъяснения вырабатываются преподавателем, исходя из цели обучения, на основе сравнения модели требуемых знаний и модели текущих знаний обучаемого. Модель текущих знаний обучаемого формируется в сознании преподавателя на основе контроля результатов выполнения обучаемым учебных заданий путем сравнения их с правильными результатами. Последние должны быть получены преподавателем по им же выработанному заданию.

Таким образом, контроль есть способ оценки не только достигнутых знаний, но и способ организации обратных связей в процессе обучения, что является необходимым условием достижения цели обучения. Обратные связи адаптируют процесс обучения к уровню освоения учебного материала, возвращая, когда это необходимо, обучаемого на предшествующие этапы обучения.

Процесс обучения, как управляемый по принципу обратной связи процесс, состоящий из операций, носит дуальный характер: в процессе обучения формируется не только его выход - знания обучаемого, но и реализация самого процесса обучения, которая в конечном итоге определяется предъявляемыми требованиями к знаниям обучаемого, их начальным состоянием и способностями обучаемого.

Алгоритмы управления обучением интерпретируются как алгоритмы выработки учебных заданий, разъяснений. Они должны определяться объективными законами познания и используемыми технологиями, методологиями, методами, методиками, приемами обучения.

4. Структура электронного учебника

Формализация процесса обучения, приведенная выше, позволила обоснованно сформировать системную структуру электронного учебника. Она оказывается модульной: каждый модуль поддерживает соответствующий этап процесса обучения, имеет необходимый набор алгоритмов, реализующих операции обучения и семантическое наполнение. Предметное наполнение модулей составляют семантические модели, описывающие цели соответствующих этапов обучения, процедуры и средства их достижения, а также тексты, являющиеся терминалами семантических моделей. Ясно, что предметное наполнение индивидуально для каждой дисциплины, однако, оболочка имеет универсальные средства для организации семантических моделей и текстов (язык представления знаний). Семантические модели совместно с алгоритмами используются для управления процессом обучения.

5. Лингвистический робот

Лингвистический робот, с одной стороны, является управляющей частью электронного учебника, с другой - универсальной оболочкой для построения электронных учебников. Как средство управления лингвистический робот функционирует на основе принципа обратной связи, как универсальная оболочка - способен воспринять смысловые модели конкретных предметов и содержит типовые алгоритмы обучения, реализующие соответствующие методики обучения.

Настройка лингвистического робота как оболочки на конкретный предмет заключается в построении проекта электронного учебника в виде модели требуемых знаний на языке внешнего представления семантических моделей и вводе его в робот.

Базовая версия лингвистического робота РАКЕЛЬ (Робот автоматизированных курсов, естественнонаучных, лингвистический, последнюю букву просьба смягчать) первоначально была создана на основе опыта разработки разделов электронного учебника по дисциплинам: теория оптимизации, теория управления, дискретная математика. Она позволила ускорить не только разработку других разделов и создание этих электронных учебников, но и писать курсы по линейной алгебре, вычислительной геометрии, прикладной теории информации и другим дисциплинам.

6. Дистанционное обучение

Под дистанционным обучением будем понимать процесс формирования знаний у субъекта обучения с использованием компьютерных технологий и средств телекоммуникации, которая обеспечивает интерактивный удаленный диалог обучаемого, находящегося в терминальном пункте обучения (возможно по месту жительства) с центром обучения - ВУЗом в соответствии с его индивидуальным графиком обучения, что позволяет контролировать результаты самостоятельной работы обучаемого и изменять режим компьютерного обучения в соответствии с индивидуальными особенностями обучаемого.

Процесс дистанционного обучения представляет собой информационный процесс, построенный по принципу обратной связи, включающий следующие этапы:

  1. Планирования процесса обучения на семестр, осуществляемый деканатом.
  2. Подготовки учебно-методического комплекса (УМК) по дисциплинам кафедры.
  3. Компьютерного обучения дисциплинам, когда обучаемый самостоятельно работает над комплексом дисциплин, используя учебно-методические материалы на бумажном носителе и компьютерные курсы (КК) по дисциплинам, выполненные на базе лингвистического робота, осуществляющего управление процессом компьютерного изучения дисциплины в соответствии с индивидуальными характеристиками обучаемого его текущим уровнем знаний.
  4. Работы с преподавателем, когда обучаемый работает под руководством преподавателя (при личном контакте), который осуществляет консультации, дополнительное обучение, оценку знаний обучаемого.

Особое внимание следует обратить на этап компьютерного обучения. Цель этапа - выработать у обучаемого требуемый уровень знаний по дисциплинам кафедры, используя компьютерные технологии обучения.

Средством обучения на этом этапе являются электронные учебники по дисциплинам. Особую ценность при этом имеют электронные учебники, содержащие модель требуемых знаний, т.к. только они могут полноценно заменить преподавателя при работе обучаемого с электронным учебником.

******