Изучение математических дисциплин в компьютерной среде, страница 3

Структура компьютерного курса и лингвистического роботаФормализация процесса обучения, приведенная выше, позволилаобоснованно сформировать системную структуру компьютерного курса(КК), представленную в табл. 1.1. Она оказывается модульной: каждыймодуль поддерживает соответствующий этап процесса обучения, имеетнеобходимый набор алгоритмов, реализующих операции обучения ипредметное наполнение. В таблице перечислены алгоритмы, реализованные в последней версии универсальной оболочки РАКЕЛЬ,разработанной на кафедре «Математическая кибернетика» МАИ.

Ихперечень будет расширяться в соответствии со стремлением повышатьv12ритмы выработки учебных заданий. В дальнейшем представляется актуальным обеспечить учет личностных характеристик обучаемого привыработке учебных заданий на основе предварительного тестированияобучаемого.

Однако уже в настоящее время лингвистический робот,управляя процессом формирования знаний обучаемого на основе обратной связи, обеспечивает некоторую адаптацию хода процесса к индивидуальным особенностям обучаемого.Наконец заметим, что движение обучаемого по этапам технологического процесса обучения не является чисто поступательным. Приобнаружении пробелов во владении материалом предмета алгоритмвыработки учебных заданий возвращает обучаемого на предшествующие этапы путем обращения к фрагментам соответствующих модулейкурса.Базовая версия лингвистического робота Ракель (робот автоматизированных курсов, естественно-научных, лингвистический) первоначально была создана на базе опыта разработки разделов КК по дисциплинам «Теория оптимизации», «Теория управления», «Дискретнаяматематика».

Она позволила ускорить не только разработку другихразделов и создание этих КК, но и писать курсы по линейной алгебре,системному анализу, прикладной теории информации и другим дисциплинам.На фоне проведенной формализации процесса обучения и сформированной структуры КК полезно проанализировать отечественныйопыт разработки обучающих систем по математическим и техническимдисциплинам.Оказывается, что широко используемые в настоящее время в вузахи техникумах России обучающие системы являются целевыми, т.к.предназначены для поддержки только одного из этапов процесса обучения. Эти компьютерные средства часто построены по принципу разомкнутой системы и не обеспечивают адаптации процесса обученияк уровню знаний обучаемого даже на отдельном этапе обучения, компьютерную поддержку которого они призваны осуществлять. В настоящее время практически отсутствуют отечественные обучающие системы по математическим и техническим дисциплинам, позволяющиеосуществлять полный процесс обучения дисциплине, построенный прпринципу замкнутой системы, адаптирующейся к уровню знаний обучаемого, в связи с чем развиваемый здесь подход к построению обучающих систем вносит существенный вклад в компьютеризацию обучения.Глава 2.УНИВЕРСАЛЬНАЯ ОБОЛОЧКА КОМПЬЮТЕРНЫХ КУРСОВРакель2.1.

Общие сведения2.1.1. Назначение оболочки РакельОбрлочка Ракель предназначена для построения компьютерныхкурсов (обучающих программ) по различным математическим, техническим, естественно-научным дисциплинам и является инвариантнойк предметной области системой. Настройка оболочки на предметнуюобласть осуществляется с помощью базы знаний и базы данных, которые создаются инженером по знаниям и преподавателем.Преимущество использования в учебном процессе компьютерныхкурсов на базе оболочки Ракель в том, что обучаемый пользуется одними и теми же инструментальными средствами при работе со всемикурсами, и не тратит каждый раз время на их освоение, как это бываетв случае, когда курс является самостоятельным программным продуктом.Оболочка компьютерных курсов Ракель имеет модульную структуру, каждый модуль поддерживает соответствующий этап процессаобучения, имеет необходимый набор алгоритмов, реализующих операции обучения и предметное наполнение.

Достоинство модульнойструктуры оболочки состоит в том, что варьируя состав и наполнениемодулей, можно учитывать специфику предметной области при построении компьютерного курса.Разработанная на кафедре «Математическая кибернетика» версия 1.1универсальной оболочки Ракель позволяет поддерживать следующиеэтапы процесса обучения: «Овладение информацией», «Выработка понимания», «Выработка умения решать типовые задачи», «Контроль».2.1.2.

Режимы работы оболочкиОболочка Ракель предполагает работу в двух режимах:1) в режиме компьютерного курса (режим обучения) — это режимработы студента с компьютерным курсом;2) в режиме генерации компьютерного курса — режим работыпреподавателя и инженера по знаниям по настройке оболочки напредметную область, включая написание смысловых моделей предме17та, подготовку учебных заданий, наполнение баз данных и созданиесервисных средств.2.1.3. Состав оболочки РакельС точки зрения инструментальных средств в состав оболочки компьютерных курсов Ракель версия 1.1 входят:1) средства обучаемого (СО), которые на соответствующих этапахобучения выполняют функции информационно-поисковой системы(ИПС), экспертной системы (ЭС) и расчетно-логической системы(РЛС);2) средства преподавателя (СП) — препроцессор базы знаний,программа корректности ввода, графический редактор, позволяющиенаполнять базу данных и базу знаний данными и знаниями о различныхэтапах процесса обучения;3) сервисное обеспечение (программы специального вывода, графические средства, калькуляторы, программы аналитических вычислений).Состав программного обеспечения универсальной оболочки Ракель версия 1.1 в режиме обучения (компьютерного курса):— программа CVR, реализующая средства обучаемого;— программа LISTMATH, осуществляющая вывод на экран графиков и текста со специальными математическими словами;— SYSTEM.DB — системная база данных, содержащая управляющие параметры оболочки и имена баз данных, определяющих настраиваемую часть;— help-файл;— базы данных и программы, определяющие настраиваемую частькомпьютерного курса.Состав программного обеспечения универсальной оболочки Ракель версия 1.1 в режиме генерации (создания компьютерного курса):— программа LISTMATH, осуществляющая вывод на экран графиков и текста со специальными математическими символами;— графический редактор BMEDIT;— препроцессор внешней базы данных DBCR;— программа корректности ввода оперативной базы данныхCHECK.DB;— программа установки управляющих параметров оболочки Ракель INSTALL.182.2.

Основы функционирования оболочки Ракель2.2.1. Структура компьютерного курса на базе оболочки РакельПроцесс обучения, определенный выше как информационныйпроцесс формирования знаний у обучаемого, рассматривается в качестве объекта управления в обучающей системе, управляющая частькоторой содержит следующие звенья:— модель требуемых знаний, формируемая преподавателем на основе анализа и декомпозиции процесса обучения;— модель текущего состояния знаний, которая формируется алгоритмами контроля;— алгоритм выработки текущего задания обучаемым на основесравнения моделей требуемого и текущего уровней знания.Описанная управляющая часть представляет собой универсальную оболочку обучающей системы (компьютерного курса), реализующую методические приемы обучения.Структура оболочки компьютерных курсов Ракель, а следовательно, и курсов на ее базе, в соответствии с описанными выше этапамиобучения представляет собой систему взаимосвязанных модулей (см.табл.

1.1). Каждый модуль поддерживает соответствующий этап процесса обучения, имеет необходимый набор алгоритмов, реализующихоперации обучения и предметное наполнение.2.2.2. Схема обученияТехнология функционирования наполненной универсальной оболочки Ракель, версия 1.1 компьютерного курса (схема обучения) вовзаимодействии с обучаемым представлена на рис. 2.1.Схема обучения едина для всех этапов компьютерного курса и заключается в следующем: каждый этап обучения характеризуется режимом самостоятельной работы обучаемого и контрольной точкой.В режиме самостоятельной работы формируется модель текущегосостояния знаний обучаемого, которая при прохождении контрольнойточки уточняется и фиксируется. Переход к последующим этапам обучения производится в случае совпадения с заданной степенью точности этой модели и модели требуемых знаний.

Таким образом, общееуправление процессом обучения осуществляется с использованиемпринципа обратной связи: выдача заданий обучаемому, выполнениекоторых изменяет текущее состояние его знаний, производится на основе сравнения модели требуемых знаний с моделью текущего состо19яния знаний обучаемого, и при обнаружении пробелов во владении материалом предмета, алгоритм выработки учебных заданий возвращаетобучаемого на предшествующие этапы.Общий для всех обучаемых перечень заданий для самостоятельной работы и порядок их выполнения на каждом этапе определяетсяпреподавателем на стадии подготовки компьютерного курса и фиксируется в модели требуемых знаний.