Система дистанционного довузовского обучения математике тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Лысенко, Дмитрий Александрович

• Лысенко, Дмитрий Александрович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лысенко, Дмитрий Александрович

Введение.

1 Глава. Сравнительный анализ существующих систем дистанционного обучения с точки зрения довузовской подготовки.

1.1 Особенности довузовского обучения математическим дисциплинам в дистанционной форме.

1.1.1 Актуальность дистанционного обучения математике.

1.1.2 Комплексная индивидуализация довузовского дистанционного обучения математическим дисциплинам.

1.2 Особенности проектирования систем дистанционного обучения

1.2.1 Технические задачи и возможности построения систем дистанционного обучения.

1.2.2 Методические проблемы дистанционного обучения.

1.3 Основные требования к системам довузовского дистанционного обучения математическим дисциплинам.

1.4 Сравнительный анализ существующих систем дистанционного обучения математике (ДОМ) с точки зрения довузовского обучения.

1.4.1 Система довузовского обучения компании «Физикон».

1.4.2 Система довузовского обучения Центра довузовской подготовки при Таганрогском Технологическом Институте (ЦДЛ ТТИ)

1.4.3 Система довузовского обучения Центра дистанционного образования Научного Парка МГУ им. М.В.Ломоносова (ЦДО НП МГУ)

1.4.4 Система Центра дистанционного образования Московского Государственного Университета Печати (ЦДО МГУП).

1.4.5 Система довузовского обучения Челябинского Государственного Университета (ЧелГУ).

1.4.6 Система довузовского обучения Заочной школы Московского центра непрерывного математического образования (МЦНМО).

1.5 Выводы.

2 Глава. Математическое обеспечение системы ДОМ.

2.1 Назначение системы ДОМ.

2.2 Принципы построения системы.

2.3 Особенности предлагаемой технологии.

2.4 Существующие общие подходы к построению систем дистанционного обучения математическим дисциплинам.

2.5 Место системы тестов в ДОМ.

2.6 Роль и место преподавателя в системе ДОМ.

2.7 Ввод формульной информации.

2.8 Моделирование учебного процесса.

2.8.1 Математическая модель учебного процесса.

2.8.2 Организация процесса обучения.

2.8.3 Процесс начального тестирования ученика в системе ДОМ.

2.8.4 Этап коррекции успеваемости ученика.

2.8.5 Этап профилирования.

2.8.6 Формирование учебной нагрузки.

2.9 Протокол обмена информацией в системе ДОМ.

2.9.1 Общие сведения.:.

2.9.2 Концепция протокола.

2.9.3 Виртуальные коллективы.

2.10 Выводы.

3 Глава. Разработка программного пакета ДОМ.

3.1 Система работы с фактическим материалом.

3.1.1 Дерево предмета.

3.1.2 Система подготовки задач.

3.1.3 Хранилище методических материалов.

3.2 Подсистема учета учащихся.

3.2.1 Модуль начального тестирования.

3.2.2 Модуль проверки результатов.

3.2.3 Модуль формирования контрольных работ.

3.3 Подсистема статистики.

3.3.1 Гистограмма успеваемости.

3.3.2 График динамики процесса обучения.

3.3.3 Генератор рекомендаций.

3.4 Административная подсистема.

3.5 Выводы.

4 Глава. Экспериментальные исследования системы ДОМ.

4.1 Упрощенная математическая модель ученика.

4.2 Упрощенная математическая модель учебного процесса.

4.3 Применяемые технологии.

4.4 База данных.

4.4.1 Структура базы данных.

4.4.2 Особенности структуры таблиц.

4.5 Выводы.

Полученные результаты.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Система дистанционного довузовского обучения математике»

Актуальность. В приоритетном национальном проекте «Образование» точным наукам отводится главенствующая роль как основе для развития инновационного образования в России.

Вузовские программы, построенные по инновационному принципу, предполагают наличие у студентов, приступающих к обучению, высокого уровня подготовки по фундаментальным наукам.

Результаты Единого Государственного Экзамена (ЕГЭ) по математике за

2008-й и 2009-й годы, а также проверка (на основе материалов ЕГЭ) знаний первокурсников естественнонаучных факультетов ведущего вуза страны в

2009-м году показали значительное падение уровня довузовской подготовки. Из этого следует необходимость повышения эффективности довузовского обучения путем качественного изменения существующих подходов к подготовке.

В регионах, в отличие от крупных городов, вопрос довузовской подготовки стоит наиболее остро. У абитуриентов практически отсутствует доступ к подготовительным отделениям ведущих вузов. Единственным выходом в данной ситуации является довузовское дистанционное обучение.

Проведение успешной дистанционной подготовки по математике для поступления и дальнейшего обучения в вузе требует организации интенсивных занятий с достаточно высоким обучающим эффектом. Этот эффект может быть достигнут путем применения максимально индивидуализированной программы, которая строится с учетом ряда особенностей, характерных для отдельно взятого ученика.

Существующие системы довузовского дистанционного обучения математике имеют фиксированную программу обучения, тестовую систему оценки результатов работы ученика, осуществляют анализ успеваемости исходя только из конечных результатов решения заданий. Не принимаются в расчет особенности логических построений при работе над каждой задачей. Таким образом, процесс решения, представляющий наибольшую ценность для формирования программы обучения, по сути является черным ящиком, в котором на вход подается текст задачи, а на выходе снимается результат в виде ответа.

Исходя из вышеприведенного, очевидна потребность в создании системы, в основе которой будет заложен принцип, позволяющий реализовать индивидуальное довузовское обучение математике в дистанционной форме (технология дистанционного обучения математике - ДОМ). Наличие такой потребности определяет актуальность темы исследования.

Цель работы состоит в построении математической модели учебного процесса, разработке на ее основе технологии ДОМ с последующим созданием программного пакета, реализующего эту технологию.

Решаемые задачи. Для достижения указанной цели требуется решение следующих задач:

1. Анализ существующих систем довузовского дистанционного обучения математике и определение основных требований к системе ДОМ в соответствии с поставленной задачей;

2. Разработка математической модели учебного процесса;

3. Разработка технологии ДОМ на основе математической модели учебного процесса;

4. Разработка специального программного обеспечения для реализации технологии ДОМ.

Методы исследования. В работе использованы методы проектирования и анализа алгоритмов и программ, методы объектно-ориентированного программирования, методы проектирования и разработки баз данных и человеко-машинных интерфейсов, методы построения математических моделей систем с помощью теории множеств и информационных функций, приемы визуализации и анализа информации на основе компьютерных методов обработки информации.

По своему содержанию работа соответствует пунктам 2, 3, 5, 12 паспорта специальности 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации.

Научная новизна состоит в следующем:

1. Построена математическая модель учебного процесса, позволяющая создавать индивидуальные программы дистанционного обучения;

2. Предложены основные принципы технологии дистанционного обучения математике;

3. Разработана методика обработки данных об успеваемости ученика для коррекции дальнейшего процесса обучения;

4. Разработан программный пакет, реализующий технологию ДОМ и предназначенный для хранения параметризованных задач, обработки информации об успеваемости учеников, формирования контрольных заданий, построения и коррекции учебной программы.

Практическая ценность работы состоит в возможности проведения индивидуальных занятий с абитуриентами по дистанционному принципу. Ориентация на обучающий эффект позволяет добиться значительных успехов по сравнению с существующими системами дистанционного обучения математическим дисциплинам.

Универсальность предлагаемой технологии позволяет с незначительными доработками использовать систему для проведения подготовки по другим дисциплинам.

Реализация результатов работы. Программный пакет успешно применяется в работе Факультета Довузовской Подготовки МИРЭА, что подтверждено соответствующими актами.

Личный вклад автора состоит в постановке задачи, разработке математической модели учебного процесса, выборе базовых алгоритмов и технологий, разработке программного пакета, тестировании и отладке программ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих научно-технических и научно-практических конференциях:

1. Международная научно-техническая конференция «Инновации в образовании, науке и техники», Бишкек, Кыргызстан, 2006;

2. Международная научная конференция «Физика и физическое образование: достижения и перспективы развития», Бишкек, Кыргыстан, 2006;

3. VIII Региональная научно-практическая конференция «Професиональ-ная ориентация и методики преподавания в системе «школа-вуз» в условиях перехода к единой форме государственной аттестации выпускников общеобразовательных учреждений», Москва, Россия, 2007.

4. International Conference for Internet Technology and Secured Transactions (ICITST-2008), June 23-28, 2008, DIT, Dublin, Ireland;

5. Третья Международная конференция «Системный анализ и информационные технологии» САЙТ —2009, 14-18 сентября 2009 г., Звенигород, Россия.

Публикация результатов. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе в 1 статье журнала, входящего в перечень ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Текст диссертации изложен на 114 страницах и включает библиографический список из 72 наименований. Рисунки, таблицы и формулы имеют сквозную нумерацию по всей работе.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Лысенко, Дмитрий Александрович

Результаты исследования:

1. Разработаны модели ученика и учебного процесса, которые учитывают индивидуальный уровень подготовки учащегося по каждому разделу изучаемого предмета, принимают в расчет срок и темп обучения, учитывают требуемый для конкретного вуза уровень подготовки;

2. Разработана технология ДОМ, обеспечивающая индивидуализацию со стороны ученика: ведется статистика как по успешно решенным задачам, так и задачам, решенным с ошибками; применяется изменяющаяся в зависимости от статистических показателей учебная программа. Индивидуализация со стороны преподавателя заключается в фиксации приемов преподавания, которая может быть повторно использована другими преподавателями;

3. Разработан программный пакет, реализующий технологию ДОМ. В состав пакета входит множество вспомогательных инструментов, облегчающих работу преподавателя при составлении заданий, анализе уровня подготовки по разделам и вводе формульных выражений. Для использования учащимися разработаны редактор формул и построенный на его основе алгебраический тренажер, который позволяет производить преобразования математических выражений;

4. Предложен метод, обеспечивающий безопасное функционирование системы ДОМ в условиях реальной эксплуатации. Метод позволяет идентифицировать процессы операционной системы и выявить среди них те, которые препятствуют нормальному функционированию данной прикладной программы — системы ДОМ.

Заключение

В работе предложена математическая модель, построена на ее основе технология ДОМ и разработан программный пакет, практическое применение которого показало эффективность данной технологии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лысенко, Дмитрий Александрович, 2009 год

1. Garrison, D.R. (1985) 'Three générations of technological innovations in distance éducation', in Distance Education vol. 6 no. 2 pp. 235-241

2. Information and communication technologies in distance éducation : spec. training course / UNESCO. Moscow : UNESCO Inst. for inform, technologies in éducation, 2003. - 118 c.

3. Nipper, S. (1989) 'Third génération distance Iearning and computer conferencing', in Mason, R. and Kaye, A. (eds) Mindweave: communications, computers and distance éducation, Oxford, Pergamon Press.

4. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: Исследование зависимостей: Справочник. -М.: Финансы и статистика, 1985. -182с.

5. Бакалов В. П. Дистанционное обучение: концепция, содержание, управление : учебное пособие для преподавателей вузов, колледжей и факультетов телекоммуникаций / В. П. Бакалов, Б. И. Крук, О. Б. Журавлева. -Москва : Горячая линия-Телеком, 2008. 107 с.

6. Бессонов А.Б. Модели и методы повышения эффективности коммуникаций в информационных системах, ориентированных на дистанционное обучение и научные исследования : диссертация кандидата технических наук : 05.13.16. Екатеринбург, 2000. - 151 с.

7. Браверман Э.М., Мучник И.Б. Структурные методы обработки эмпирических данных. -М.: Наука, 1983. -464с.

8. Бурмистрова А. С. Дистанционное обучение : эволюция технологии /

9. A. С. Бурмистрова. Москва : Изд. центр НОУ ИНСОМ, 2006. - 42 с.

10. Василенко Н.В. Дистанционное обучение : учеб.-метод. пособие / Н.

11. B. Василенко ; М-во образования Рос. Федерации, Ин-т повышения квалификации специалистов проф. образования. СПб. : Ин-т повышения квалификации специалистов проф. образования, 2004. - 159 с.

12. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. М.: Наука, 1988. -250с.

13. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей: Учебник. —М.: Наука, 1988. -380с.

14. Давыдов Д.А. Дистанционное образование и обучение : учеб.-метод. пособие / Д. А. Давыдов, Р. Г. Шарафиев. Уфа : Демиург, 2005 (ООО Реал). - 110 с.

15. Дениг В. и др. Диалоговые системы "Человек — ЭВМ". Адаптация к требованиям пользователя. /Пер.с англ., -М.: Мир, 1984. -110с.

16. Дистанционное обучение на основе информационно-коммуникационных технологий: общее описание : П. Ф. Кубрушко, С. В. Со-зинов, В. Л. Чумаков, А. А. Шустов ; Московский гос. агроинженерный ун-т им. В. П. Горячкина. Москва : Агроконсалт, 2006. - 23 с.

17. Дистанционное обучение в современном мире : Сб. обзоров / Рос. акад. наук. Ин-т науч. информ. по обществ, наукам; Ред.-сост. Зарецкая С.Л.. М. : ИНИОН РАН, 2002. - 135 с.

18. Дистанционное образование, состояние и перспективы развития : Сб. материалов Всерос. науч.-метод. конф. (18-19 нояб. 1998 г.) / Редкол.: д-р техн. наук, проф. В. Б. Байбурин (отв. ред.) и др. Саратов, 1998. - 115 с.

19. Додока С.Н. Дистанционное обучение: опыт, пробл., перспективы. / Светлана Додока ; Под ред. B.C. Данюшенкова ; Вят. гос. пед. ун-т. Киров : Изд-во ВГПУ, 2000. - 129 с.

20. Дистанционное образование: региональные аспекты : Межвуз. сб. науч. ст. / М-во образования Рос. Федерации и др.; [Науч. ред.: Титаренко Ю.И., Шалаев И.К.]. Барнаул : Бийс. фил. Соврем. Гуманитар, ин-та, 2001. -371 с.

21. Ермоленко В.В. Разработка нейросетевой базы знаний интеллектуальной автоматизированной системы мониторинга образовательного процесса, Дисс.на соискание уч.степени к.т.н., КубГТУ, Краснодар, 1996. — 206 с.

22. Жуков Н.И. Информация. — Минск: Минское кн. изд-во, 1971. 275с.

23. Заочная школа МЦНМО. http://zaochn.mccme.ru/teachers/seminar/ t3.html

24. Заочная форма обучения. http://www.edm.ru/page.php7pageicH1603

25. Касьянов O.A. Математические модели и технологии создания сетевых интерактивных ресурсов для систем дистанционного обучения : автореферат дис. . кандидата технических наук : 05.13.18 / Моск. физ.-техн. ин-т (гос. ун-т). Москва, 2003. - 23 с.

26. Иваненко В.И., Лабковский В.А., К вопросу о накоплении информации в адаптивных системах управления. В сб.: Адаптивные системы упав-ления /ИК АН УССР.-Киев,1977,С.З-12.

27. Каждый пятый московский выпускник получил двойку по ЕГЭ по ма-тематике//РИА Новости, 18 июня 2008 г. http://www.rian.ru/society/20080618/ 111063608.html

28. Канаев В. И. Дистанционное обучение: технологические аспекты : Монография / В.И. Канаев ; Соврем, гуманитар, ун-т. М. : Соврем, гуманитар. акад., 2004 (ГУЛ МО Коломенская тип.). - 191, 1. с.

29. Клиланд Д., Кинг В. Системный анализ и целевое управление. -М.: Советское радио, 1974. -300с.

30. Кулемина E.H. Дистанционное обучение в реформировании системы образования : Социол.-экон. анализ : диссертация . кандидата социологических наук : 22.00.03. Москва, 1998. - 147 с.

31. Куропаткин П.В. Оптимальные и адаптивные системы. -М.: Высшая школа, 1980.-270с.

32. Майерс Г. Надежность программного обеспечения. /Пер. с англ., -М.: Мир, 1980.-300с.

33. Макаров И.М. Теория выбора и принятия решений.-М.:Наука,1987. -350с.

34. Моделирование процессов обработки информации и управления. -М.: МФТИ, 1990.-158с.

35. Осипов Г.В., Андреев Э.П. Методы измерения в социологии. -М.: Наука, 1977.-287с.

36. Основы инженерной психологии. -М.: Высшая школа, 1986. -450с.

37. Пойа Д. Математическое открытие. М., 1976., 448 стр.

38. Поспелов Г.С., Ириков В.А. Системно-программное планирование. -М.: Советское радио, 1975.-380с.

39. Построение экспертных систем. /Пер. с англ. —М.: Мир, 1987. -420с.

40. Прикладная статистика: Классификация и снижение размерности: Справочник. / Под ред. С.А.Айвазяна. -М.: Финансы и статистика, 1989. -450с.

41. Пшеничный Б.Н., Данилин Ю.М. Численные методы в экстремальных задачах. -М.: Наука, 1975. -370с.

42. Райфа Г. Анализ решений. Введение в проблемы выбора в условиях неопределенности.-М. -.Наука, 1977. -120с.

43. Сакович Н. И.Дистанционное обучение: ценностные ориентации и формирование информационной компетентности личности : монография / Н. И. Сакович ; Челябинский гос. ун-т. Челябинск : Южно-Уральское кн. изд-во, 2007. - 204 с.

44. Серкова Н.В. Влияние дистанционного обучения на познавательное и личностное развитие студентов / Н. В. Серкова ; М-во Рос. Федерации по атом, энергии, Север, гос. технол. ин-т. Северск : СГТИ, 2002. - 122 с.

45. Скибицкий Э.Г. Теоретические основы дистанционного обучения : Монография. / Э.Г. Скибицкий, Л.И. Холина; М-во образования Рос. Федерации. Новосиб. гос. пед. ун-т. Новосибирск : Новосиб. гос. пед. ун-т (НГПУ), 2002. - 134 с.

46. Темников Ф.Е. и др., Теоретические основы информационной техники, -М.: Энергия, 1979. -511с.

47. Техника управления /Под ред. Г.Х. Попова и Ю.И. Кракополса. -М.: МГУ, 1977.-370с.

48. Ту Дж., Гонсалес Р., Принципы распознавания образов, /Пер.с англ., -М.: Мир, 1978.-410с.

49. Уинстон П., Искусственный интеллект, /Пер.с англ., -М.: Мир, 1980. -520с.

50. Усков В.Л. Дистанционное инженерное образование на базе ИНтернет / В.Л. Усков. М. : Машиностроение, 2000. - 64 с.

51. Фешберн П. Теория полезности для принятия решений,-М.:Наука, 1978. -120с.

52. Физикон. http://www.physicon.ru

53. Френкель A.A., Бар-Хиллел, Основания теории множеств, -М., 1966. -238с.

54. Фу К., Структурные методы в распознавании образов. /Пер.с англ., -М.: Мир, 1077.-320с.

55. Хемминг Р.В., Численные методы (для научных работников и инженеров). /Пер. с англ., -М.: Наука, 1972. -400с.

56. Центр довузовской подготовки при Таганрогском Технологическом Институте, http://www.cdp.tsure.ru/moodle

57. Центр дистанционного образования Научного Парка МГУ им. М.В. Ломоносова, http://de.msu.ru

58. Центр дистанционного образования Московского Государственного Университета Печати, http://www.hi-edu.ru/dovus.html

59. Цыпкин Я.З. Основы информационной теории идентификации. -М.: Наука, 1984.-520с.

60. Челябинский Государственный Университет, http://do.csu.ru/sdo

61. Шалютин С.М., Искусственный интеллект, —М.: Мысль, 1985. -196с.

62. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем — искусство и наука. -М.: Мир, 1978.-87с.

63. Экспертные системы. Принципы работы и примеры / Под ред. Р. Форсайта. М.: Радио и связь, 1987. -350с.

64. Юдин Д.Б. Математические методы управления в условиях неполной информации. -М.: Советское радио, 1974. -120с.

65. Яглом A.M., И.МЛглом, Вероятность и информация, Изд-е третье, переработанное и дополненное. —М.: Наука, Главная редакция физико — математической литературы, 1973. -511с.

66. Янг С. Системное управления организацией. -М.: Советское радио, 1972.-230с.