Организация дистанционного обучения как информационный фактор реализации научно-технологической составляющей экономической безопасности государства

УДК 004.65+681.3.065 (477)

Организация дистанционного обучения как информационный фактор реализации научно-технологической составляющей экономической безопасности государства

О.О. Гагарин к.т.н., А.М. Луценко к.т.н., С.В. Титенко

Национальный технический университет Украины "КПИ"

На базе системной методологии исследованные средства построения и использования технологий дистанционной учебы с целью обеспечения целостного процесса пополнения кадрового состава предприятий и организаций. Построение целостной системы учебы является одной из важных составляющих в обеспечении экономической безопасности государства и является приоритетним направлением в научных исследованиях.

В прикладаниеи рассмотренные проблемы создания и проведения дистанционной учебы с помощью современных информационных технологий. Значительное внимание уделено автоматизированному проектированию содержания курсов и методикам автоматизированного тестирования знаний студентов.

ВСТУПЛЕНИЕ

Экономическая безопасность - это состояние защищенности экономики от внешних и внутренних угроз, среди которых следует заметил следующие:

• нарушение оптимального функционирования экономической системы

• установление контроля иностранного капитала за национальной экономикой

• бесконтрольное разворовывание природных ресурсов

• потеря и развал интеллектуального потенциала

• резкое развитие технологий и экономическая неспособность Украины влиться в этот мировой процесс

Качество национальной образования но использование современных технологий в образовательном процессе дает возможность повлиять на два последних, из отмеченных факторов экономической безопасности. За последние десятилетия мировое содружество открыло для себя мощь и перспективы дистанционного метода учебы.

Дистанционная учеба - способ организации процесса учебы, основанный на использовании современных информационных и телекоммуникационных технологий, которые позволяют осуществлять учеба на расстоянии без непосредственного контакта между преподавателем и учеником. Такая учеба происходит в среде, что позволяет передавать большие объемы разной информации на большом расстоянии. Дистанционная учеба является одним из главных путей информатизации и автоматизации образования и использования новейших технологий в учебе, служит повышению эффективности образования как такой. Организация качественного дистанционного образования позволит преумножить образовательные мощности и положительно повлияет на интеллектуальный потенциал государства. Сегодня Украина имеет шанс активно присоединиться к этому процессу и проводить исследование в направлениях разработки стандартов, форм и методов такого, типа учебы.

КОНЦЕПЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОЙ УЧЕБЫ

Современные тенденции в образовании требуют большой гибкости и динамической в организации учебного процесса. Развитие экономики и отраслей народного хозяйства создает потребность в профессиональных кадрах новых специальностей. Даже классические специальности требуют модернизации процесса учебы в условиях стремительного развития науки и техники[1]. Возникает потребность автоматизировать задание планирования учебного процесса по получению той или другой профессиональной квалификации. Задача создания учебного плана требует больших усилий, высокого педагогического профессионализма и широкого анализа требований, к качествам новой специальности. То же использование высоких технологий в розв»язанни этой проблемы должно потенциал увеличить эффективность и снизить себестоимость процесса планирования учебы.

Как известно, классический процесс учебы можно охарактеризовать как процесс передачи знаний от преподавателя к ученику (студента), или же самостоятельное усвоение знаний учеником с помощью соответствующей литературы. В любом случае есть носитель знаний, и есть их получатель. Когда мы проектируем автоматизированную систему учебы, носителем знаний в таком случае будет система. И ученик (студент) будет получать знание от их носителя – данной информационной системы учебы. Однако перед тем как «отдавать» знание система, должна их получить. Так как настоящим носителем знаний остается эксперт соответствующей отрасли, то есть преподаватель, в классическом понимании, то розроблювана система должна содержать функциональную возможность передачи знаний от эксперта к системе. Обеспечение этой возможности сопровождает процесс формализации знаний, то есть разработки логики, за которой комп»ютерна система будет хранить в себе знание.

Поставленные задачи по обработке знаний можно решить в рамках создания общей системы дистанционной учебы, которую назовем системой хранения и представления знаний. Наведем возможную функциональную архитектуру системы (рис.1).

Система выполняет две основных функции: хранение знаний и их последующее представление и использование в процессе учебы. Здесь хранение выполняет функцию передачи знаний от эксперта к системе, а представление обеспечивает передачу знаний от системы к получателю знаний - студенту (ученика).

Хранение имеет в виду формализацию учебной информации. Сюда входит задание представления глобальной логично очерченной интелектуализованой структуры всего спектра знаний. Система рассчитана на работы со всеми необходимыми в учебе областями знаний. Прежде всего, так сказать, «перечень» всех знание должно быть введено в систему в форме иерархической деревовидной структуры. Элементами этой структуры на данном этапе будут лишь «названия» блоков знаний, названия тем и подразделов. То есть структура знаний в данном понимании является аналогом содержанию к книге. В самой структуре не раскрывается соответствующая тема, здесь лишь указывается ее существование, а также отмечаются определенные характеристики для данного блока знаний.

К характеристикам которыми можно описывать структурные элементы «содержания» знаний принадлежат характеристики зависимости данного элемента от других. Примером такой характеристики является ситуация, когда усвоение данного блока знаний не возможно без усвоения другого. Таким образом, это позволит определять цепи (последовательности) блоков знаний, изучение которых необходимо для достижения качественного усвоения соответствующего предмета знаний.

Другая характеристика блока знаний указывает на профессиональные навыки какие получает ученик в результате усвоения соответствующих знаний. Это необходимо для предоставления способности системе отвечать на запросы о содержимом учебного плана, которое автоматически сформируется по требованиям к специалисту данной специальности.

Рис. 1. Централизованная система хранения и представления знаний. Функциональная архитектура.

Следующим шагом после формирования иерархической структуры знаний будет наполнение этой структуры конкретным учебным материалом и формирование для него семантических данных какие будут использованы для построения контролирующих средств.

Представление знаний фактически является функцией использование сохраненных знаний и включает в себе автоматизированное розв»язання таких заданий: формирование дистанционного курса по данной тематике, формирование учебного плана на основе запроса в виде формализированных требований к специальности, формированию контенту курсов на основе учебного плана. Розв»язання каждой из задач основывается на использовании базы знаний, сформированной с помощью функций подраздела «хранения».

ФОРМИРОВАНИЕ ДИСТАНЦИОННОГО УЧЕБНОГО КУРСА ПО ЗАДАННОЙ ТЕМАТИКЕ

Полноценный проект он-лайновой дистанционной учебы складывается [2]: из блока управления учебой (инструктивного блока), информационного блока (системы информационного наполнения ресурса), контрольного блока (механизму тестирования и оценки), коммуникативного блока (системы интерактивного преподавания) и сервисной системы ( Рис.2).

Рис.2. Структура дистанционного курса

Успеваемость ДН во многом зависит от организации учебного материала. Для комплексного охватывания процесса подготовки специалиста за избранной специальностью система ДН должна предоставить возможность коллектива преподавателей и разработчикам автоматизированных курсов использовать единственную систему из представления учебного материала для всех дисциплин этой специальности .

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЕМАНТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЗНАНИЙ И ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ В СИСТЕМЕ ДИСТАНЦИОННОЙ УЧЕБЫ

Язык гипертекста открыл новый формат для подачи научной информации. Сегодня практически все системы дистанционной учебы в той или иной мере используют принципы гипертекстовой передачи текстовых данных. И действительно, самое первое задание учебного процесса – это, в первую очередь, качественно донести необходимую информацию к ученику. Однако не менее важным заданием является проверка усвоенных знаний, без которой учебный процесс не может гарантировать высокие результаты и теряет необходимую динамику. То же одним из основных направлений исследований в сфере дистанционной учебы есть автоматизация построения средств контроля знаний. Это направление исследований сопровождает задача формализации информации с помощью семантических моделей знаний.

Обратим внимание на процессы исследования, разработки и реализации семантической модели знаний и методологии создания контролирующих средств, в рамках данной модели знаний.

Разработка модели знаний и соответствующей базы знаний, которая реализует эту модель, создает предпосылки для введения адаптивности в процесс учебы, а также для решения задачи по созданию средств контроля знаний. Идея этого подхода заключается в том, чтобы «научить» машину знанием из предметной области, после чего вопрос, тесты к этой предметной области машина «сможет составлять самостоятельно».

Следовательно основной предпосылкой для достижения организации автоматизированного контроля знаний будет создание адекватной соответствующей к поставленной задаче модели знаний предметной области. Следующим шагом будет разработка алгоритмов построения и проверки тестовых заданий.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Задача данной работы заключается в разработке концепции автоматического построения средств контроля знаний и ее программная реализация. В рамках этой работы относятся такие задачи:

• Разработка семантической модели знаний;

• Создание структуры базы знаний в соответствии с семантической моделью знаний;

• Проектирование и реализация системы сопровождения базы знаний с удобным интерфейсом пользователя;

• Разработка алгоритмов использования базы знаний учебного материала для автоматического продуцирования средств контроля знаний. При этом относительно контролирующих средств относятся такие требования:

• • • Лексическая понятность тестовых заданий;
    • Возможность использования разных типов вопросов.

КОНЦЕПЦИЯ МОДЕЛИ

Семантическая модель знаний и ее воплощения в базе знаний – это сердце учебной системы. В ходе анализа учебных материалов было решено исследовать и разрабатывать предметно ориентированную (понятийно-ориентировочную) модель знаний. Это значит, что краеугольным камнем структуры модели является такая сущность как понятие, предмет обсуждения, некоторый об»ект из предметной области, о котором в учебном материале есть знание. Для представления знаний о понятии в модели существуют структурные элементы - сведения об об»ект (тезисы о понятии). С каждым понятием в модели пов»язуеться множественное число сведений о нем. Изложенная идея и является основой концепции семантической модели знаний, которая представлена в этой работе.

Понятие указывает на некоторый об»ект из области знаний, о котором идет язык. Понятие указывает на предмет, который представляется для изучения студенту. Например в курсе «Алгоритмические языки программирования» можно выделить такие понятия: «процедура», «цикл», «программа», «переменная», «жизненный цикл программы», и тому подобное. Для курса «Программирования в среде Delphi» можно было бы выделить такие понятия: «об»ект», «событие», «класс», «форма», «компонент Tedit» и другое.

Тезис – это некоторая ведомость о понятии. Тезис можно сравнить с признаком, характеристикой понятия или с любым утверждением, которое является истиной для данного понятия. Приведем примеры: тезис о понятии «процедура» - «позволяет разбить программу на подпрограммы», тезис о понятии «класс» - «может иметь в своей структуре не только поля-свойства, но и методы, то есть функции и процедуры».

ПОНЯТИЯ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Как уже отмечалось, в концепции модели понятия выражает предмет знаний, который обсуждается в том или другом фрагменте учебного материала.Понятие – это одна из основных сущностей базы знаний понятийно-тезисной семантической модели. Фактически понятие – это, как правило, одне-два слова, которые текстовый выражают предмет рассмотрения.

Следующим этапом развития концепции является классификация понятий с целью расширения базы знаний. Классификация понятия относит его к определенной предварительно очерченной группе понятий. Эта группа владеет определенным набором характеристик и может иметь очерченное поведение. Таким образом, относя понятие к определенному классу, мы предоставляем ему все свойства и поведение, которое уже имеет данный класс понятий. Здесь существует прямая аналогия с об»ектно-ориентованим подходом в программировании, а именно с принципом наследования. Порожденный дочерний класс подражает всем признакам и поведению родительского класса.

Под признаками и поведением понятия данного класса понятий понимаем как соответствующие знания предметной области, так и совокупность, методико организационных возможностей, которые могут применяться к данному понятию (в первую очередь при формировании контролирующих средств).

Рядом с описанной классификацией, для каждого из понятий отмечается уровень важности, которая указывает на приоритетность понятия в структуре понятий курса, уровень важности его усвоения для понимания предмета, который изучается.

ТЕЗИСЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Тезис – это, как отмечалось, некоторая ведомость или утверждение о понятии. Можно сказать, что тезисы являются основным наполнителем знаний, как таких, в базе учебного материала. Если понятия указывают предмет курса, то тезисы являют собой смысловое наполнение базы знаний. От полноты наборов утверждений, то есть тезисов о понятии зависит полнота базы знаний, а следовательно и возможность учебной системы строить эффективные контролирующие об»екти. Фактически тезис являет собой одно или несколько предложений, в которых язык идет непосредственно о соответствующем понятии, однако именно понятие здесь словарный не фигурирует. Между понятием и ее тезисами устанавливается соответствующий зв»язок.

Вместе с классификацией понятий концепция предусматривает классификацию тезисов, что позволяет расширить возможности применения базы знаний. Структура классификации является аналогичной к описанной относительно понятий. Тезис можно отнести к определенному классу тезисов, и вместе с этим данный тезис приобретает все свойства и признаки этого класса. Это в дальнейшем позволяет использовать эти знания при построении контролирующих об»ектив.

Среди типов тезисов особенным чином выделим несколько.

Прежде всего это тезис-определение. Этот тип или класс тезисов содержит определение понятия, то есть отвечает на вопрос «Что это?». Здесь содержится фрагмент материала, который определяет чем есть данное понятие.

Тезис-назначение указывает для чего назначенное данное понятие. Фрагмент текста в тезисе описывает для чего служит соответствующее понятие. Информация тезиса содержит ответ на вопрос «Для чего служит понятие?», «Какая цель этого понятия?», «Для чего назначенное понятие?»

Так же, как и для понятий, для тезисов указывается уровень их важности, которая указывает на приоритетность данного утверждения в структуре знаний курса, уровень важности его усвоения для понимания предмета, который изучается.

МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ КОНТРОЛИРУЮЩИХ СРЕДСТВ

Процесс контроля знаний занимает важное место в структуре дистанционного образования. От его эффективности зависит успеваемость применения этого вида учебы. В то же время современный подход к дистанционному образованию ставит задание автоматизировать процесс контроля знаний.

Прежде всего отметим самые распространенные типы заданий, которые могут применяться при контроле знаний путем тестирования и имеют перспективное значение для разработанной семантической модели.

1. Самым распространенным видом тестов является тест типа: вопрос и несколько вариантов ответов, из которых одна верная. Как вариация выступает тест, где среди вариантов ответов количество верных больше одного.

2. Более сложный для студента тест типа: вопрос, ответ, должен ввести студент.

3. Еще один вариант – задание сопоставления. Студенту подается два наборы некоторых элементов, и он должен сопоставить каждый вариант одного набора с соответствующим по его мнению вариантом другого набора элементов.

4. Отдельно выделим еще один достаточно специфический тип заданий – задание по определению приоритетности. Суть задания заключается в том, чтобы расставить определенные элементы в правильном порядке, порядке их приоритетности, или в том, чтобы, определенным образом, выделить элементы, которые имеют больший вес.

Сосредоточимся на путях и алгоритмах построения выше отмеченных типов заданий на основе базы знаний.

1. Тесты первого типа «вопрос – варианты ответов» реализовывать относительно не сложно. Есть несколько путей построения таких заданий:

§ в основе вопрос лежит понятие, в основе вариантов ответов – тезисы;

§ в основе вопрос лежит тезис, в основе вариантов ответов – понятие;

§ другие вариации.

Раскроем указанные пути. В основе вопрос лежит понятие, в основе вариантов ответов – тезисы. Самым общим здесь будет задание такого вида:

Укажите утверждение, которое касается данного понятия <им»я понятие>

<перечень утверждений>

На рис. 3 приведен пример тестового задания данного типа.

Рис. 3. Пример задания

В зависимости от класса понятия и тезиса вопроса может звучать иначе, например:

• «Для чего назначенное понятие.», если тезисы, которые служат вариантами ответов, принадлежат к классу «назначения»;

• «Чем является понятие.», если тезисы класса «определения»;

• и тому подобное.

В основе вопрос лежит тезис, в основе вариантов ответов – понятие. То есть в этом методе в основе вопроса лежит ведомость о понятии. Студент должен из набора понятий избрать то, о котором идет речь в этой ведомости. Так же, как и в предыдущем способе задания может иметь как общий характер:

Укажите понятие, о котором идет речь в утверждении

<Утверждение>

<Перечень понятий>

так и конкретный, в зависимости от класса понятия и тезиса:

§ «Укажите понятие, которое определено ниже.», если тезис типа «определения»;

§ «Какое понятие имеет такое назначение. », если тезис имеет тип «назначения»:

§ и тому подобное.

На основе базы знаний можно построить и другие варианты заданий типа «вопроса – варианты ответов».

Одним из возможных направлений здесь является задание по определению важнейших элементов учебного материала. Принцип таков: перед студентом ставится задание определить, например, важнейшее понятие в данной лекции из перечня понятий. Важнейшее понятие системой определяется на базе количества тезисов этого понятия на данном участке материала с учетом весов важности.

Еще одно направление – использование возможностей наследования и отношений между понятиями. Задания строятся по принципу «понятия – набор понятий». В качестве вопроса относится лексическая форма отношения между понятиями и собственное понятие, например: «Укажите родительское понятие.». В качестве вариантов ответов - набор понятий, среди которых есть понятие, которое удовлетворяет условию задания.

2. Рассмотрим тестовые задания второго типа: вопрос – текстовый ответ вводится студентом. Из организационно методологической точки зрения этот тип несколько подобен первому, но по уровню учебно-методической сложности он тяжелее для студента.

Для этого вида теста подходят задания, в которых в качестве ответа выступает понятие. Самый общий вид задания будет построен таким образом: указывается некоторый тезис, и студенту предлагается ввести понятие, которого касается данный тезис. Например:

• Общий вариант:

<Тезис>

О каком понятии идет речь? ;

• На основе определения:

<Тезис-определение>

Что это за понятие?

• На основе назначения:

<Тезис-назначение>

Назначение какого понятия вышеприведено?

• И тому подобное.

Кроме этого, возможно использовать сведения относительно наследования и отношения между понятиями. Так на базе наследования можно построить задание типа:

Укажите родительское понятие к понятию <Название понятия>.

Характерной особенностью с точки зрения реализации является требование дополнительной программной части по сравнению текстового ответа с эталоном (с верным ответом) и оценки ее верности. Этот алгоритм должен предусматривать возможные орфографические ошибки в тексте, которые в известной степени не должны влиять на верность ответов (если только это не учеба из дисциплин лингвистики). Если речь идет об ответах, которые состоят из многих слов, тогда нужны соответствующие алгоритмы обработки. Следующим витком развития системы проверки текстового ответа может стать вообще создание лингвистической подсистемы, которая сможет применять такие лингвистические знания как синонимические ряды, разного рода словоформы, спряжения, времена для глаголов и тому подобное.

3. Третий вариант – задание сопоставления. Студенту подается два наборы некоторых элементов, и он должен сопоставить каждый вариант одного набора с соответствующим по его мнению вариантом другого набора элементов.

Очевидным путем реализации такого типа заданий является такой: первый набор элементов это понятие, другой – тезисы к этим понятиям. Между двумя наборами должен существовать взаимно однозначный зв»язок – каждому понятию отвечает лишь один тезис из набора тезисов. Студент с помощью соответствующих интерфейсных средств осуществляет сопоставление элементов.

Важной составляющей такого задания является методология оценки ответа студента. Самый простой путь – это оценка типа «зачет» («незачет»), без дифференцирования. Однако для данного типа заданий очевидной является потребность в градации оценки, ведь возможный случай, когда студент сопоставит часть пар верно, а часть – нет. В таком подходе самым простым является путь оценки на основе количества верных ответов, тогда процентом правильности ответа будет процент количества правильных сопоставлений. Более гибкий подход –використання весов, когда для каждой пары формируется своя весовая оценка, то есть судьба в общей оценке, что при проверке учитывается в общей оценке. Весовая оценка пар строится на базе степени важности элементов (как понятие так и тезисы), которые указывались на этапе формирования базы знаний.

4. Четвертый достаточно специфический тип заданий – задание по определению приоритетности. Суть задания заключается в том, чтобы расставить определенные элементы в правильном порядке, порядке их приоритетности, или в том, чтобы, определенным образом, выделить элементы, которые имеют больший вес.

По типа структуры такое задание временами пересекается с заданиями описанными выше. Отличием является учебно-методическое содержание, заложенное в нем. Вопросы строятся на базе вторичных знаний, полученных из БЗ на основе использования сведений о степени важности элементов. Как отмечалось каждый элемент семантической модели имеет свой уровень важности, которая указывается на этапе формирования БЗ. Разные понятия курса имеют разный уровень относительно их важности в структуре знаний курса. Следовательно понимание некоторых понятий является абсолютно необходимым для усвоения курса, другие же играют вспомогательную, такую, которая расширяет кругозор, роль. То же касается утверждений о понятии.

Таким образом задания этого типу содержит аналитический характер и требует от студента обстоятельного понимания предмета. Приблизительные вопросы (задание) могут иметь такой вид:

• «Расставьте в порядке важности понятие курса.»;

• «Какое понятие более важно в этом разделе.»;

• «Укажите ключевые понятия темы»;

• «Укажите утверждение, которое выражает главное свойство понятия.»;

Эффективность заданий зависит от адекватности заложенных оценок важности учебных элементов модели.

Обобщено схематическое изображение основных сущностей понятийно-тезисной семантической модели знаний можно увидеть рис.4.

Рис. 4. Основные сущности понятийно-тезисной семантической модели знаний

ВЫВОДЫ

Предложенные в статье подходы относительно построения курсов дистанционной учебы и организации системы автоматического тестирования позволяют надеяться на позитивное и эффективное решение проблемы учебы персонала в современных условиях. Такие прогрессивные методологии обеспечат резкое развитие современных технологий и экономической конкурентно возможности кадрового состава Украины и помогут влиться стране в мировой процесс изменения технологий и изменить отставание в этом направлении..

В статье рассмотренные подходы для решения задач автоматизации управления содержимым курсов и создания средств контроля знаний. Решение этих проблем даст возможность в значительной мере автоматизировать процесс дистанционной учебы, сделать его эффективнее и повысить его экономический эффект. Углубление внимания к вопросам дистанционной учебы имеет стратегическое значение для Украины и ее экономической безопасности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Згуровский М.З. Развитие системы дистанционного образования в Украине // Higher Education Open and Distance Learning Knowledge Base for Decision-markers/materials of Meeting of the IITE Focal Points in the CIS and Baltic Countries/ Kiev IITE, 2003.

2. Комплексная система подготовки дидактичного материала для курсов дистанционной учебы из специальности. О.О. Гагарин, В.И. Гайдаржи, С.Д.Павловска, Национальный технический университет Украины «КПИ».