Адаптивная система персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов (15.03.2010)

Автор: Рябинова Елена Николаевна

Первый вопрос, который подлежит решению в рамках адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов, это формирование персонифицированной модели усвоения знаний студента, которая имела бы возможность корректироваться (уточняться) по мере продвижения обучаемого в изучении содержания учебной дисциплины, по мере использования различных средств внешней поддержки.

В рамках предложенного способа формализации процесса обучения формирование персонифицированной модели усвоения знаний (1) следует проводить на начальном этапе обучения по данной дисциплине и далее в каждый

, отвечающих как за потери учебной информации в процессе обучения, так и за ее частичное восстановление. Процедура определения этих коэффициентов с помощью привлечения модифицированных психолого-диагностических тестов представлена в диссертации.

- матрицы не усвоены. При этом процедура определения внешней поддержки познавательной деятельности позволяет установить требуемый уровень этой поддержки, который будет действовать на интервале [ti, ti+1], то есть до момента времени ti+1 новой квалиметрии. Далее этот процесс повторяется.

Таким образом, разработанная адаптивная система представляет собой многошаговую процедуру периодической квалиметрии успеваемости студентов по предмету и соответствующую измеренному отставанию оперативную корректировку учебного процесса путем вычисления внешней поддержки познавательной деятельности студента.

Вопрос близости фактической траектории усвоения знаний к эталонной траектории является для каждого конкретного студента самостоятельным, поскольку, строго говоря, каждый обучаемый имеет свою собственную эталонную траекторию усвоения, соответствующую его индивидуальным психолого-деятельностным параметрам. Отсюда следует, что для реализации идеи персонифицированного обучения необходимо знать эталонную (в данном случае предельную по психофизиологическим возможностям) траекторию обучения для каждого конкретного студента. Определение такой траектории составляет предмет специального исследования.

Далее мы будем исходить из предположения, что эталонная траектория будет задаваться, исходя из требований образовательного стандарта по дисциплине, а фактическая траектория обучения будет определяться в результате периодической квалиметрии.

В четвертой главе «Практическая реализация и опытно-экспериментальная проверка адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов» рассматриваются различные аспекты квалиметрии в профессиональном образовании и приводятся результаты практической реализации разработанной системы.

Учет инерционных свойств процесса усвоения знаний и свойства насыщения, обусловленных психофизиологическими особенностями человеческого организма, выполненный при разработке математической модели системы, указывает на тот факт, что собственно процесс усвоения учебной информации протекает с различной скоростью в разные временные отрезки внутри заданного периода обучения. Таким образом, представленная выше формализация обучения в виде процесса с переменной скоростью усвоения знаний, различной у каждого студента в процессе решения задач разной сложности, позволяет по сути дела перераспределить объем всего учебного массива информации внутри заданного временного интервала наиболее рациональным и приемлемым образом для усвоения.

Процедура создания персонифицированных моделей требует предварительного тестирования студентов по целому ряду признаков. В диссертации разработана интерактивная информационно-обучающая система IKT PROFF, использующая модифицированные психологические тесты, адаптированные к компьютерной процедуре опроса респондентов с автоматическим вычислением коэффициентов персонифицированных моделей усвоения учебного материала и последующим вычислением внешней поддержки учебного процесса. Система IKT PROFF в основе своей использует современную среду интеллектуальной САПР - программный комплекс MVTU версии 3.0, предназначенный для детального анализа и исследования динамических процессов в технических, экономических и социальных системах (Рисунок 5).

Мониторинг усвоения учебного материала проводится таким образом, что информационно-обучающая система выдает из базы знаний необходимое количество задач, которые подлежат решению. На решение каждой задачи отводится определенное время. Результаты работы студента: количество успешно усвоенных и неусвоенных учебных элементов и их идентификация в рамках познавательно-деятельностной матрицы поступает в базу данных студентов и используется далее для формирования протокола мониторинга знаний и определения фактической оценки успеваемости. В том случае, когда фактическая траектория обучения отличается в меньшую сторону от эталонной, система IKT PROFF вычисляет необходимую внешнюю поддержку, персонифицированную по каждому студенту.

На заключительном этапе работы системы на печать выводятся входные данные студента и преподавателя, результаты предварительного познавательно-деятельностного тестирования, коэффициенты персонифицированных моделей усвоения знаний по четырем уровням сложности решаемых задач, прогнозируемые и фактические траектории усвоения учебного материала и массив внешней поддержки познавательной деятельности студента.

В качестве тестируемого массива студентов были выбраны группы первого и второго курсов электротехнического факультета Самарского государственного технического университета, группы третьего и четвертого курсов факультета летательных аппаратов и группы четвертого курса факультета инженеров воздушно транспорта Самарского государственного аэрокосмического университета средней общей успеваемости численным составом соответственно 587, 148 и 218 человек.

Применение тестов проводилось дифференцированно по четырем уровням предлагаемых учебных задач, соответствующих разной степени сложности осваиваемого учебного материала. Их состоятельность определяется достаточной

Рисунок 5 - Структурная схема информационно-обучающей системы IKT PROFF

надежностью и приемлемой валидностью, проверенных в результате многочисленных применений этих тестов в психологических исследованиях. По результатам предварительного тестирования студентов строятся прогнозируемые траектории усвоения учебного материала для каждого студента.

Центральная идея, излагаемая в настоящей работе, состоит в том, что процесс усвоения знаний, персонифицированный по каждому студенту на основе математической модели, должен подвергаться периодической квалиметрии с последующей корректировкой путем вычисления необходимого уровня внешней поддержки познавательной деятельности студентов. И в этом процессе главным звеном являются измерения количества усвоенного и неусвоенного учебного материала, причем для последнего необходимо знать прежде всего его качественный состав, то есть что именно студент не понимает, а, следовательно, не усваивает из предложенного ему структурированного учебного материала и где конкретно находятся начала его непонимания в изучении предмета.

Кроме этого, в рассматриваемой адаптивной системе важным является и количественная сторона внешней поддержки. Сколько необходимо решить дополнительно к транслируемому учебному материалу задач или примеров с тем, чтобы фактическая траектория усвоения для данного конкретного студента совпадала бы с эталонной траекторией обучения, соответствующей государственному стандарту по изучаемой дисциплине? При этом необходимое количество задач или примеров должно быть логически обосновано, и оно должно быть, разумеется, разным для учащихся, обладающих различной исходной подготовкой к усвоению учебной дисциплины.

Алгоритм определения персонифицированной внешней поддержки познавательной деятельности студентов используется как обязательная процедура рассматриваемой адаптивной системы в тех случаях, когда в процессе квалиметрии обучаемый не вышел на эталонную траекторию обучения, соответствующую рассматриваемому уровню сложности тестовых заданий.

Ниже на рисунках 6, 7 иллюстрируется потребное число задач внешней поддержки и их распределение по неделям учебного семестра для успешного усвоения задач 1 и 3 -го уровней сложности.

Рисунок 6 - Число задач внешней поддержки при усвоении учебного материала

1-го уровня сложности (выход из области «отлично» на эталонную траекторию)

Рисунок 7 - Число задач внешней поддержки при усвоении учебного материала

3-го уровня сложности (переход из области «хорошо» на эталонную траекторию усвоения)

Из рисунка 6 следует, что для того, чтобы студент вышел на заданный стандарт обучения, ему необходимо, например, усвоить 14 задач 1-го уровня сложности дополнительной внешней поддержки и 30 задач 3-го уровня сложности (рисунок 7). При этом дробные числа на рисунках 6, 7 соответствуют фактическому числу задач ресурса внешней поддержки, рассчитанному методом модального управления; сплошная жирная ступенчатая линия ограничивает целое число задач ресурса внешней поддержки.

Таким образом, разработанная адаптивная система персонифицированной профессиональной подготовки студентов позволяет для каждого конкретного студента указать индивидуальные пути достижения наилучших учебных результатов, оставляя при этом и альтернативные варианты усвоения учебного материала, сообразные с имеющимися возможностями и потребностями обучаемого. Инновационный характер этой технологии состоит в том, что она является с точки зрения фиксации результатов усвоения учебной дисциплины эффективной и понятной как для преподавателя, так и для обучаемого, поскольку на всех этапах усвоения учебного материала она однозначно показывает какие конкретно учебные элементы не усвоены из изучаемого курса и какая в данном случае требуется внешняя поддержка познавательной деятельности студента.

Наличие подобной информации в каждый заданный момент квалиметрии позволяет студенту самому корректировать свой индивидуальный процесс усвоения содержания учебной дисциплины, перенося тем самым центр тяжести своего обучения на самостоятельную работу. Необходимо также подчеркнуть, что корректировка персонифицированной модели усвоения учебного материала в данной технологии может также выполняться студентом самостоятельно в процессе интерактивного общения с компьютерной программой. В этом состоит одно из неоспоримых положительных качеств рассматриваемой обучающей системы, поскольку эта процедура позволяет непрерывно адаптировать персонифицированный учебный процесс к изменяющимся возможностям усвоения знаний обучаемого и тем самым определять наиболее эффективный режим усвоения учебного материала.

претерпевают скачкообразные изменения либо в сторону увеличения, если студент успешно усваивает учебный материал, либо в сторону уменьшения, если ситуация становится противоположной.

На рисунке 8 представлены траектории реального учебного процесса усвоения задач 1-го уровня сложности.

Индивидуальная корректировка процесса обучения дает свои плоды только в том случае, когда студент строго и последовательно придерживается указаниям внешней поддержки познавательной деятельности, осваивает весь объем учебного материала, предписанный этой внешней поддержкой, чётко при этом соблюдая график учебы и осваивая одновременно как основной транслируемый учебный материал, так и дополнительный, вытекающий из ресурса внешней поддержки.

Рисунок 8 - Траектории реального учебного процесса усвоения задач

1-го уровня сложности (студент №5 первой учебной группы)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Проведенная опытно-экспериментальная апробация адаптивной системы персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов подтверждает правильность выдвинутой гипотезы, верность ее концептуальных положений и позволяет сделать выводы, раскрывающие положения, выносимые на защиту, которые можно представить следующими тремя группами.

Первая группа выводов выявляет теоретические основы построения матричной модели познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки:

- созданная адаптивная система персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов в полной мере удовлетворяет всем системным свойствам: целостности, членимости, наличию организации и связей, интегративным качествам;

-  матричная модель познавательной деятельности студентов в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки обеспечивает механизм систематизации учебных заданий; содержание учебного предмета можно рассматривать как систему учебных заданий, имеющих свою структуру, что означает проникновение в сущность изучаемых объектов; структурный анализ систем учебных заданий в разных дисциплинах выявил нарушение процентного соотношения задач по уровням сложности: с повышением сложности резко снижается число соответствующих задач; в системах задач нарушается их иерархия по сложности; указанные недостатки препятствуют эффективному формированию системности знаний учащихся, что в конечном счёте приводит к осложнениям в реализации принципа развивающего обучения;

- разработанные тесты для периодической квалиметрии уровня усвоения учебной информации представляют собой взаимосвязанную последовательность учебных элементов познавательно-деятельностной матрицы, которая определяется не только алгоритмом и логикой решения учебной задачи конкретного уровня, но и зависимостью получения правильного ответа при усвоении последующего учебного элемента познавательно-деятельностной матрицы от верного выполнения предыдущего; организация квалиметрии следует принципу последовательного восхождения по уровням сложности учебного материала, отражающему иерархию возможностей деятельности человека;

- матричная модель познавательного процесса является инвариантной относительно содержания изучаемой учебной дисциплины, и в равной степени может быть применена как к общим математическим и естественнонаучным дисциплинам, так и к общепрофессиональным и специальным дисциплинам, а также к дисциплинам гуманитарного и социально-экономического циклов.

Вторая группа выводов связана с математическим моделированием процесса функционирования в адаптивной системе персонифицированной профессиональной подготовки студентов технических вузов:


загрузка...