Мультиагентный подход к реализации моделей обучения

В рамках мультиагентного подхода рассматривается возможность реализации адаптации всех уровней, что позволит обеспечить управление объектом - обучаемым на всех этапах процесса обучения.

Основа этого подхода – построение системы как совокупности агентов (агенты пользователя, агенты преподавателя, агенты лекций и даже агенты отдельных объектов знания: определений понятий и правил, задач, методов, результатов, лабораторных работ, комментариев и т.д.) [7]. Каждый из агентов имеет семантическое описание своего поля деятельности (свою структуру, свои знания), и соответствует экспертной системе с традиционной структурой [8]. Агент обладает всеми свойствами экспертных систем, а так же памятью своей деятельности. Основная идея применения агентов заключается в том, что каждый агент имеет собственные ресурсы для достижения собственных целей, взаимодействия с другими агентами и разрешения конфликтов с целями других агентов для достижения общей цели. Это позволяет свободно выбирать те цели, которые преследуются на данный момент объектом управления, и соответственно целям выбирать тот эталон (представленный соответствующим агентом), соответствие которому достигается моделью обучаемого на данный момент.

Движущей силой систем, основанных на мультиагентном подходе, является способность агентов вести переговоры. При этом их коммуникация основана на семантических сообщениях (самого высокого уровня), а не на заранее предопределенных сообщениях низшего порядка [9]. Переговоры необходимы для одновременного выполнения функций агентов, когда разные агенты, возможно, имеют разные взаимоисключающие цели и намерения, разные возможности в своих виртуальных мирах, обладают различной информацией. Вопросы взаимодействия агентов разной архитектуры решены применением соответствующего языка коммуникации агентов (ACL) и языка обмена информацией, которые дают возможность агентам эффективно понимать друг друга несмотря на разницу в подходах их построения и функционирования.

Мультиагентная система реализует распределенное управление, которое может быть как централизованным, так и децентрализованным.

Централизованное управление выполняется центральным устройством управления, который формирует коллективы агентов и распределяет все возникающие задачи между агентами коллектива [10].

При децентрализованном управлении известны разные варианты реализации систем, одним из них является применение «контрактной системы» управления [8]. При реализации данного подхода, вершинами сети агентов является множество независимых управляющих агентов (исполнителей), которые обладают информацией о том, какие задачи они способны решать, какие средства использовать, с какими агентами и как взаимодействовать при решении задачи. При возникновении конкретной задачи агент происходят переговоры между агентами и выясняется какой агент какую часть задачи может решить. С помощью такого процесса происходит распределение решения задачи. Все агенты независимы, т.е. исходное состояние графа до начала решения задачи представляет изолированные между собой вершины. Все связи устанавливаются только в процессе функционирования системы при решении задач. Использованию данного подхода препятствует отсутствие эффективного глобального управления работой такой системы, несмотря на то, что такой подход обладает гибкостью и модифицируемостью обучающей системы.

Таким образом, для каждой конкретной задачи обучения составляется определенный коллектив агентов, что говорит о смене структуры и целей решающей системы в зависимости от поставленной задачи. Формирование коллективов агентов для решения задач обучения позволяет реализовать любой уровень адаптации, т.к. эта процедура предполагает формирование каждый раз структуры системы, ее представления об объекте управления, т.е. обучаемом и целей обучающей системы, адаптируемые под цели, преследуемые на данный момент объектом управления.

5. Классификация средств обучения (электронных учебно-методических материалов)

C точки зрения управления учебным процессом все обучающие системы можно разделить на два класса:

1. класс: обучающие системы, в которых управление процессом обучения возложено на пользователя. Содержит изложение учебной дисциплины или ее раздела в соответствии с ее логикой на машинном носителе в текстовом и графическом форматах. Обучающие системы данного класса отличаются между собой функциональностью, свойствами, способами их реализации и делятся на следующие подклассы:

1.1. Электронные учебник или методическое пособие с последовательной структурой – можно рассматривать как электронную копию традиционного печатного учебника или пособия. Структура представления материала на машинном носителе является последовательной.

1.2. Электронные учебник или методическое пособие с гипертекстовой структурой – Представление учебной дисциплины на машинном носителе имеет гипертекстовую структуру.

1.3. Полнотекстовая база данных - Имеется возможность обращения по ссылкам в авторском изложении учебной дисциплины к оригинальным текстам других авторов. Как авторский текст, так и тексты других авторов могут иметь гипертекстовую структуру представления на машинном носителе.

1.4. Электронная библиотека – система, управляющая комплексом электронных учебно-методических материалов различного класса по различным учебным дисциплинам, позволяющая обучаемому выполнять поиск информации (поиск по ключевым словам, поиск по предметной области) пространство поиска должно допускать расширение, причём необходима организация взаимодействия с соответствующей библиографической системой.

1.5. Мультимедийные электронные учебник или методическое пособие – Изложение учебной дисциплины полностью выполнено или дополнено изложением в аудио, видео форматах. Данная система позволяет обучаемому наблюдать динамику изучаемых явлений и изменять параметры этой динамики. Система может обладать всеми или несколькими свойствами полнотекстовых баз данных.

1.6. Электронные учебник или методическое пособие со средствами рубежного контроля – после каждого раздела учебной дисциплины системой формируется оценка, которая является основой для самоконтроля обучаемого. Система может обладать всеми или несколькими свойствами мультимедийных систем.

2. класс: обучающие системы, самостоятельно управляющие учебным процессом. Содержит изложение учебной дисциплины или ее раздела в соответствии с ее логикой на машинном носителе в текстовом, графическом, аудио, видео форматах. В конце каждой порции изложения учебной дисциплины в данных системах обучаемому предоставляются проверочные задания. В отличие от систем первого класса, в данных системах ответы и действия обучаемого влияют на дальнейший ход процесса обучения. Степень управления учебным процессом напрямую зависит от степени адаптации системы под конкретного обучаемого, поэтому обучающие системы данного класса разделяются на подклассы по степени их адаптивности и способами реализации адаптации:

2.1. Автоматизированная обучающая система (АОС) с линейной моделью обучения – Структура представления материала на машинном носителе является последовательной. В зависимости от результатов проверки обучаемому предоставляется очередная (следующая) порция учебного материала, либо он возвращается к дополнительному изучению предшествующей порции. Система может обладать всеми или несколькими свойствами мультимедийных систем 1 класса.

2.2. Автоматизированная обучающая система (АОС) с разветвленной моделью обучения – Для каждой порции учебной дисциплины в системе задано несколько вариантов изложения материала, различающихся по степени подробности, глубине изложения, а так же несколько вариантов предлагаемых в конце каждой порции проверочных заданий с различными уровнями сложности. Данная система адаптируется по глубине, степени подробности изложения изучаемого материала и сложности проверочных заданий, что позволяет ей формировать индивидуальную траекторию обучения. Реализуется параметрическая и структурная адаптация.

2.3. Автоматизированная обучающая система (АОС) с адаптацией по форме изложения – Обучаемый имеет возможность выбирать форму изложения учебной дисциплины: преимущественно или текстовая, или графическая, или аудио, или видео форма. Система может обладать всеми или несколькими свойствами АОС с разветвленной моделью обучения.

2.4. Автоматизированная обучающая система (АОС) с адаптацией по логике изложения – Контроль обучаемого осуществляется на основе сопоставления моделей о предметной области учителя (эталонной модели) и обучаемого. В данных системах реализуется структурная адаптация. Реализуется параметрическая и структурная адаптация.

2.5. Мультиагентная автоматизированная обучающая система (АОС) с адаптацией по объекту и целям обучения – управление учебным процессом осуществляется коллективом агентов, каждый из которых в отдельности обладает всеми свойствами обучающих систем предыдущих подклассов. Коллектив агентов составляется каждый раз под конкретного обучаемого, под его цели обучения.

Надежность традиционных форм обучения хорошо известна. На ряду с ней сейчас появилась компьютерная форма обучения, позволяющая повысить во многих случаях эффективность учебного процесса, особенно в технологиях дистанционного обучения. Дефицит учебных книг и пособий, невозможность частых выездов в пункты обучения, филиалы вузов и др. для заочной формы обучения ставит дилемму упразднения ее вообще, но дистанционное компьютерное обучение и внедрение автоматизированных обучающих систем (АОС) решают эту проблему.

Дистанционное обучение с использованием средств вычислительной техники дает следующие основные преимущества:

· позволяет проводить обучение широкой аудитории слушателей;

· ведет к сокращению затрат времени на внедрение новых учебных курсов;

· позволяет наглядно иллюстрировать новые понятия;

· развивает навыки работы со средствами вычислительной техники (СВТ);

· позволяет восполнить нехватку достаточного количества квалифицированных преподавателей;

Рассмотрим требования к желаемой АОС на основе классификации по функциональному признаку.

Обучающие системы предназначены в основном для обучения понятиям и навыкам на базе информационно-справочных сред. В основе систем подобного типа лежит интеллектуальный учебный курс, обладающий широким языком запросов и богатым набором ассоциативных связей в базе данных. В качестве изъянов в подобных системах можно отметить их недостаточную гибкость и чувствительность к настройке.

Системы консультирующего типа чаще всего предназначены для оказания контекстной помощи или выдачи требуемой информации по запросу пользователя, при этом возможно демонстрационное решение задач с их последующим решением для каждого шага. Чаще системы подобного типа включает в себя инфорционно-справочную систему, подсистему контекстной сказки и модель обучаемого. К недостаткам можно зсти сложность наполнения подобных систем неквафицированным пользователем.

Системы диагностирующего типа являются дальнейшим развитием системы консультирующего типа. Они выполнены с расширенным интерфейсом, фиксацией знаний и умений обучаемого и диагностикой ошибок обучаемого. На практике эти системы часто называют интеллектуально-тренирующими или экспертно-тренирующими. В качестве слабого места в таких системах можно отметить невозможность генерации знаний самой системой. Обычно генерация осуществляется преподаваем при настройке системы, что усложняет индивидуализацию знаний.

Управляющие системы являются наиболее сложными существующих типов АОС и предназначены в основном для управления процессом обучения с помощью вычислительной техники. Она содержит все компоненты рассмотренных ранее систем, но выполнена в свою очередь диагностирующей экспертной темой знаний о целях функционирования системы с тестом стратегии обучения. В качестве недостатков систем подобного типа можно отметить их громоздкость и сложность в эксплуатации. Системы сопровождающего типа отслеживают деятельность обучаемого при работе в некоторой инструментальной среде, содержащей все компоненты реальной темы, с оказанием помощи при обнаружении ошибочных действий обучаемого. Сопровождающая система содержит все компоненты экспертной системы, но, в отличие от нее, не знает конечной цели деятельности пользователя и должна ее прогнозировать.

Интегрированные обучающие системы (ИОС) в основном свободны от указанных выше недостатков и, несмотря на некоторую структурную сложность, позволяет значительно расширить функции АОС по диагностике ошибок и прогнозированию целей деятельности пользователя. В плане генезиса интегрированные системы можно осматривать как дальнейшее развитие систем обучающего, управляющего и сопровождающего типов. При этом интегрированной обучающей системой будем называть программную среду, реализующую ту или иную педагогическую цель на основе знаний в некоторой сметной области, в области диагностики знаний обучаемых, в управлении обучением и демонстрирующую ведение на уровне экспертов.

В научном плане можно выделить следующие основные задачи:

· разработка структуры интегрированной обучающей системы;

· математическое моделирование процесса обучения;

· представление и обработка знаний в предметной области, составляющей предмет обучения;

· разработка методов контроля и диагностики ошибок обучаемого;

· разработка методов управления процессом обучения;

В основе структурной организации интегрированных учающих систем лежит математическая модель процесса обучения. На понятийном уровне ее можно сформировать следующим образом:

· на основании текущего состояния обучаемого и медики обучения генерируется очередная задача, требующая ответных действий обучаемого;

· ответ обучаемого сравнивается с эталонным решением, и на основании различий диагностируются ошибки обучаемого;

· по результатам диагностики корректируются текущие характеристики обучаемого.

В соответствии с данной моделью процесса обучения ИОС можно рассматривать как совокупность трех взаимодействующих обучающих сред:

· по решению задач в изучаемой предметной области;

· по диагностике ошибок обучаемого;

· по планированию процесса управления обучением;

Для качественного решения задачи обучения необходимо приобретение и комбинирование в единое целое как минимум знаний трех типов: об изучаемой предметной области (аналогично традиционной БЗ); о педагогических приемах и стратегиях обучения (область педагогики); о психологических особенностях личности, характеристиках мыслительной, познавательной деятельности (область психологии). При этом знания о педагогических приемах и стратегиях обучения получаются от экспертов и включаются в обучающую систему на этапе проектирования; знания об изучаемой предметной области дополняют уже готовую оболочку АОС; знания о психологических особенностях личности приобретаются самой обучающей системой в процессе работы с конкретным пользователем. Подобная специфика предопределяет необходимость использования технологии искусственного интеллекта т.е. включения экспертной системы в структуру требуемой АОС. В процессе создания АОС, включающей в себя экспертную систему, и ее наполнения наибольшие трудности возникают при получении знаний от эксперта. Одним из путей облегчения этого процесса является использование метода репертуарных решеток.

Келли разработал технику репертуарных решеток в качестве метода изучения систем личных конструкторов другого человека, как способ "влезть в шкуру другого человека", увидеть мир его глазами, а также, по выражению Келли, "увидеть то, что стоит за словами", т.е. выявить те самые глубинные семантические связи внутри проблемной области, которые практически невозможно вербализовать. Анализ репертуарной решетки позволяет оценить силу и направленность связей между конструктами, выявить наиболее значимые конструкты (глубинные), а также иерархические отношения между конструктами.

Таким образом, по сути, теория личных конструкторов является тем методом, который ориентирован на решение задачи приобретения знаний у эксперта с учетом его собственного, специфического, субъективного видения проблемной ситуации. 0дновременно метод позволяет оценить уровень соответствия испытуемого тем требованиям, которые предъявляются к эксперту.

Но на начальных этапах извлечения знаний этот метод может быть не очень эффективньм. Когда возможно пошаговое описание процесса решения задач, использование метода репертуарных решеток с его специфическим стилем рассуждений может вызвать у эксперта ощущение, что он играет в странную игру. Поэтому целесообразно комбинировать этот метод с методами основанными, например, на деревьях решений. В большей степени это относится к процессу наполнения базы знаний конкретной проблемной области (ПО). Для полноты ПО и в целях организации гибкого интеллектуального диалогового интерфейса ее предпочтительно представлять в виде семантической сети. Процесс создания сценария будущей АОС преподавателем - процесс творческий и потому должен быть освобожден от всяческих рутинных операций (типа разбиения материала на порции, установления порядка следования порций) для максимальной сосредоточенности на элементах и отношениях предметной области. Этот процесс представляет собой не что иное, как приобретение знаний у эксперта-преподавателя, являющегося дважды экспертом: в профессиональной области и в области педагогики. Применение метода репертуарных решеток позволяет выявить единую природу сложно структурированных знаний трех типов, используемых в АОС: предметных, методико-педагогических, психологических, учитывающих индивидуальность обучаемого. Из особенностей используемого метода репертуарных решеток следует непосредственно обучающий характер диалога АОС со студентом, акцентирующий внимание студента на особенностях элементов и их зависимостях друг от друга, что и является непосредственной целью обучения. Предварительное ранжирование решетки преподавателем позволяет организовать обучение в соответствии со степенью важности очередной порции информации, связанной с текущим элементом. Возможность использования как данных, так и выявленных элементов и конструкторов позволяет управлять мотивацией познавательной деятельности. Так, режим выявления целесообразно использовать для обучения продвинутых студентов, а также тех, чей психологический портрет указывает на наличие тенденции преодоления познавательных барьеров.

Использование метода личностных конструкторов позволяет передавать студенту опыт профессиональной деятельности преподавателя. Этот личный опыт проявляется также и в поясняющей информации, которая легко структурируется и детализуется относительно конструктов преподавателя; она автоматически выявляется при помощи хорошо разработанных приемов типа лестницы. Индивидуализация обучения для каждого студента также уже заложена в самой сути метода и заключается в том, что каждый студент может исследовать предметную область в соответствии с той стратегией, которую он считает целесообразным применить. Система не навязывает ему своей стратегии и так преодолевается одно из "узких мест" современных адаптивных АОС. Структура решетки определяет легкость реализации гибкой подсистемы объяснений, генерирующей ответы на вопросы типа "почему?".

Использование статистических методов сравнения решеток предъявляет достаточно жесткие требования к организации диалога в АОС в силу необходимости выполнения определенных условий для проведения статистической обработки. Возможно предоставить обучаемому свободу в выборе методов решения (так называемый режим свободного обучения). Тогда задача сравнения двух решеток может рассматриваться как задача распознавания (несходства) двух нечетких чисел, позволяющее определить, какое из двух нечетких чисел больше другого.

В заключение следует отметить, что адаптация системы обучения к индивидуальным особенностям обучаемого дает возможность минимизировать время обучения. Использование интегрированных обучающих систем дает возможность с минимальными затратами преодолеть порог трудности обучения и приспособить процесс обучения к особенностям каждого конкретного обучаемого. При этом наиболее эффективным средством получения достоверной информации как о особенностях профессионального опыта эксперта, так и о психологическом портрете личности обучаемого является использование методики репертуарных решеток. Кроме того, использование этой методики дает возможность обучаемому влиять на процесс обучения без снижения качества обучения.

Создание электронного учебника с описанными свойствами даст возможность существенно улучшить качество компьютерного обучения, что наиболее важно при дистанционном обучении в условиях специфических особенностей нашей страны.

Автоматизированные обучающие системы (АОС) - это программные средства профессиональной подготовки персонала, состоящие из одного или нескольких автоматизированных учебных курсов (АУК) и набора специализированных локальных тренажеров, позволяющих осуществлять формирование профессиональных навыков и умений принятия и выполнения решений по управлению (обслуживанию) объектов энергетики, рассматриваемых в содержательной части АОС.

Автоматизированные обучающие системы на базе ПЭВМ дают возможность обучаемому усвоить принципы устройства и действия электроэнергетического оборудования, особенности его эксплуатации и получить понятийные навыки управления этим оборудованием и его ремонта.

Автоматизированные обучающие системы (АОС) - компьютерные программы по следующим подразделам:

· для подготовки и переподготовки оперативного персонала подстанций и распределительных сетей 0.4 - 500 кВ;

· для подготовки и переподготовки ремонтного персонала подстанций и распределительных сетей 0.4 - 500 кВ.

АОС для оперативного персонала подстанций и распределительных сетей позволяет применить его для обучения в следующих режимах:

· обучения и тренировок по сложным оперативным переключениям, проводимым при выводе оборудования в ремонт и при включении его в работу;

· проведения противоаварийных тренировок, повышающих уровень готовности персонала к выполнению операций в аварийной ситуации при повреждении оборудования на подстанции и в распределительной сети.

АОС для ремонтного персонала можно использовать как учебный материал и как регламентную пооперационную карту ремонтов. Применение данных АОС позволит проводить обучение и переподготовку ремонтного персонала на конкретных энергообъектах, а также самостоятельно и эффективно производить разнообразные ремонтные работы энергооборудования (по истечении гарантийного срока) без дорогостоящего привлечения специалистов фирм-производителей.

Тематика АОС охватывает весь спектр электроэнергетического оборудования подстанций и распределительных сетей.

Усредненная стоимость составляет:

· АОС для оперативного персонала - 33 тыс. долларов США;

· АОС для ремонтного персонала - 25 тыс. долларов США.

Окончательная стоимость определяется распорядителями кредитов на договорных условиях и зависит от объема включаемого в разработку технологического оборудования.

Автоматизированный учебный курс (АУК) - это программное средство профессиональной подготовки персонала, реализующее предъявление обучаемому графического и текстового материала нормативно-технической документации конкретного учебного курса и обеспечивающее контроль качества подготовки обучаемых.

Автоматизированные обучающие системы (АОС) - это программные средства профессиональной подготовки персонала, состоящие из одного или нескольких АУК и набора специализированных локальных тренажеров, позволяющих осуществлять формирование профессиональных навыков и умений принятия и выполнения решений по управлению (обслуживанию) объектов энергетики, рассматриваемых в содержательной части АОС.

Автоматизированные системы обучения на базе персональных ЭВМ позволяют реализовать принцип понятийного освоения основного и вспомогательного оборудования энергообъектов, отрабатывать основные приемы ведения стационарных и нестационарных режимов, детализировать знания оперативных схем и функциональных возможностей оборудования.

Автоматизированные учебные курсы (АУК) - компьютерные программы по эксплуатации оборудования по следующим подразделам:

1. Энергоблоки:

§ конденсационный блок 215 Мвт;

§ теплофикационный блок 250 Мвт;

§ система охлаждения генератора блока 250 Мвт;

§ теплофикационная установка блока 250 Мвт;

§ тракт основного конденсата блока 250 Мвт;

§ водно-химический режим блока 250Мвт;

2. Котлы и вспомогательное оборудование:

§ котел ТПЕ-216;

§ котел ТГМ-96;

§ котел ТП-87;

§ водогрейный котел ПТВМ-180;

§ водогрейный котел КВГМ-180;

§ пуск и обслуживание котла БКЗ-75;

§ газовоздушный тракт и процессы горения котла ТГМП-314 П.;

§ система пылеприготовления с промбункером;

§ cистема пылеприготовления с прямым вдуванием;

3. Турбины и вспомогательное оборудование:

§ эксплуатация турбоагрегата К-215-130-1;

§ эксплуатация турбины Т-100-130;

§ питательный электронасос ПЭН-580-185;

§ обслуживание маслосистемы турбины Т-250/300-240;

§ эксплуатация турбины ПТ-60-130;

§ пуск и эксплуатация турбины ПТ-12/13-3,4/1,0-1 КТЗ;

§ пуск и эксплуатация турбины К-300/240;

§ обслуживание вакуумной системы турбины Т-100-130;

4. Электрооборудование электростанций:

§ обслуживание трансформатора собственных нужд;

§ обслуживание системы охлаждения генератора ТВФ-320;

§ эксплуатация генератора ТГВ-200-2 МУЗ

§ эксплуатация синхронного генератора;

§ генераторы ТВФ-120, ТВФ-320;

§ обслуживание системы маслоуплотнения генератора блока 250 Мвт;

§ эксплуатация ГРУ-10 кВ;

§ эксплуатация ОРУ-110 кВ;

§ эксплуатация ОРУ-220 кВ;

§ эксплуатация ОРУ-500 кВ;

5. Химводоочистка и водный режим:

§ Н-катионитовые фильтры первой, второй и третьей ступени;

§ анионитовые фильтры первой, второй и третьей ступени;

§ натрий-катионитовые фильтры;

§ установка двухступенчатого обессоливания;

§ установка трехступенчатого обессоливания, с предочисткой, включающей осветлители и механические фильтры;

§ фильтры смешенного действия с внутренней регенерацией;

§ фильтры смешенного действия с выносной регенерацией;

§ одно-, двух- и трехкамерные механические фильтры;

§ осветлители для обработки воды с применением известкования, коагуляции и флокуляции;

§ установки для приготовления и дозирования реагентов;

§ водный режим энергоблоков с барабанными котлами;

§ водный режим энергоблоков с прямоточными котлами СКД;

6. Электрические сети

§ обслуживание электросетей.

Система КАДИС (система Комплексов Автоматизированных ДИдактических Средств) разработана и развивается в Центре новых информационных технологий Самарского государственного аэрокосмического университета (ЦНИТ СГАУ) с начала 90-х годов. В ее состав входят теоретические основы создания учебных мультимедиа комплексов (УМК), технология их подготовки и проблемно-ориентированные комплексы по различным учебным дисциплинам [1]. Многие преподаватели в СГАУ и ряде других учебных заведений Самарской области и РФ используют методику и технологические инструментальные средства или, как часто называют подобные компьютерные программы, авторскую среду системы КАДИС для своих учебно-методических разработок в сфере электронного обучения. УМК системы КАДИС, созданные в начале и середине 90-х годов, были подготовлены с помощью программного инструментария, работающего под управлением операционной системы MS DOS [2]. И, хотя эти УМК и инструментарий под MS DOS продолжают использоваться до сих пор, со второй половины 90-х годов ведется работа по созданию и совершенствованию нового поколения программного инструментария и проблемно-ориентированных УМК системы КАДИС на основе технологий мультимедиа и Интернет/интранет [3]. В данной статье рассматриваются типовые сценарии авторской среды системы КАДИС, работающей под управлением MS Windows 9x/2000/XP и ориентированной на создание УМК как для локального (на оптических компакт-дисках), так и сетевого (в Интернет/интранет) применения. Для описания сценариев используется объектно-ориентированный подход [4], базирующийся на нотации языка объектно-ориентированного моделирования UML [5].

Пользователи, состав и варианты применения авторской среды. Пользователей авторской среды системы КАДИС можно классифицировать на три основных группы: разработчики, преподаватели, учащиеся. Каждой группе соответствуют свои варианты использования программного инструментария (рис. 1).
В состав авторской среды входят четыре программных подсистемы (Компоновщик УМК, Проигрыватель готовых УМК, Подсистема тестирования, Конвертор в HTML), электронный учебник по технологии подготовки УМК и подборка примеров-образцов (фрагментов) УМК.

Рис. 1. Диаграммма вариантов использования авторской среды системы КАДИС

Типовые сценарии учебной работы. УМК системы КАДИС предусматривают поддержку четырех основных этапов познавательной учебной деятельности (рис. 2):

· первоначальное знакомство с учебным материалом (его восприятие) по обычным печатным пособиям;

· осмысление и закрепление учебного материала с помощью электронного учебника, контроль знаний по теории с помощью подсистемы тестирования;

· формирование профессионально-ориентированных умений и навыков, развитие интуиции с помощью интеллектуальных тренажеров;

· проектно-исследовательскую учебную деятельность с помощью виртуальных учебных лабораторий и пакетов прикладных программ (ППП).

Рис. 2. Диаграмма основных вариантов учебной работы с УМК системы КАДИС

Теоретическая подготовка в УМК КАДИС осуществляется с помощью электронных учебников (ЭУ) и подсистем тестирования. При работе с этими компонентами УМК реализуются три основных сценария электронного обучения: Просмотр теории, Тренаж по теории, Контроль.
Основу сценария Просмотр теории составляет работа со структурированным учебным текстом и поясняющими его мультимедиа иллюстрациями. Экран компьютера делится на два основных окна (рис. 3). В левом (более узком по вертикали) окне размещается оглавление ЭУ, в правом - тексты его разделов. Навигация осуществляется перемещением курсора "мыши" по древовидному оглавлению. Оглавление всегда присутствует на экране, поэтому даже при детальной структуризации учебного материала обеспечивается целостность его восприятия.

Рис. 3. Типовая экранная форма электронного учебника при изучении теории

Дополнительную помощь по структуре учебного материала можно получить в окне модели навигации раздела в виде ориентированного графа, в котором указываются пункты содержания, на которые опирается учебный текст, находящийся в основном окне.
При активизации пункта оглавления щелчком "мыши" в правое окно загружается соответствующий ему учебный текст. В тексте могут быть определены гиперссылки (обычно выделяют цветом и подчеркивают) на различные мультимедиа объекты (поясняющие тексты, графические иллюстрации, анимации, аудио- и видеоклипы, подключаемые программы, html-страницы и т.п.). При активизации ссылки соответствующий объект загружается в дополнительное окно. Окна можно перемещать по экрану, уменьшать-увеличивать, сворачивать-разворачивать, запускать-останавливать (например, проигрывание видеоклипов) и выполнять ряд других манипуляций, типовых для Windows и его приложений.
Заметим, что возможность управлять мультимедиа объектами активизирует учебную деятельность учащихся. Учащийся может передвигать иллюстрации по экрану, размещая в наиболее удобном для него месте, компоновать их вместе с текстом, закрывать и вновь открывать, прочитывать текст, параллельно рассматривая нужные ему иллюстрации и т.п. Таким образом, создаются предпосылки для наиболее удобного, причем индивидуально для каждого учащегося, восприятия учебной информации.
Сценарий Тренаж по теории, несомненно, самый важный этап работы с ЭУ, поскольку только в ходе собственной активной деятельности учащегося может быть достигнута главная дидактическая цель применения электронных учебников в обучении - осмысление учебного материала, его интериоризация (переход из внешнего плана во внутренний) и запоминание. Эта цель достигается в ходе интерактивного взаимодействия учащегося с различными объектами - компонентами учебного материала ЭУ (рис. 4). Для реализации такого взаимодействия можно использовать две простых, но достаточно эффективных сценарных схемы.
Первая схема предельно проста. После текста задания, которое учащемуся предлагается выполнить на бумаге или в уме, следует гиперссылка (например, "Комментарий к вопросу"). В этой гиперссылке можно "спрятать" правильный ответ, комментарий к нему, ссылку на теорию и т.п.

Рис. 4. Диаграмма взаимодействия с объектами ЭУ в сценарии Тренаж по теории

Во второй схеме тренажа применяются тесты с выборочными ответами. После ответа на вопрос и получения сообщения о его правильности учащийся может посмотреть правильный ответ, комментарий к ответу (например, ход решения задачи), полную теорию к вопросу из соответствующего раздела ЭУ.
Сценарий Контроль используют для промежуточного или итогового тестирования уровня усвоения учебного материала. В подсистеме тестирования реализована форма тестовых заданий с выборочными ответами (рис. 5, 6).
По окончании тестирования учащийся получает протокол тестирования, где он может увидеть количество набранных баллов, полученную оценку, перечень выполненных тестов. Для каждого теста предусмотрена возможность сравнить данный в ходе тестирования ответ с правильным ответом, что обеспечивает продолжение осмысления и закрепления учебного материала, начатого на этапе тренажа. Особенно это важно при промежуточном тестировании. Да и при итоговом тестировании, чтобы избежать недоразумений, особенно в случае неудовлетворительной оценки, целесообразно предъявлять учащемуся протокол контроля (см. рис. 6).

Рис. 5. Диаграмма взаимодействия с объектами подистемы тестирования

Рис. 6. Фрагменты экранных форм подсистемы тестирования

Информация о результатах контроля автоматически записывается в журнал тестирования ЭУ, при этом программы управления журналом обеспечивают сортировку информации по различным признакам.
Кратко отметим также два дополнительных сценария учебной деятельности с УМК КАДИС - работу со словарем терминов и понятий и локальную работу с мультимедиа объектами. Первый сценарий предусматривает выборку термина из отсортированного по алфавиту глоссария и расшифровку его по гиперссылке. Второй дополнительный сценарий позволяет осуществлять локальный выбор мультимедиа объектов из отдельных списков и просмотра графических иллюстраций, запуска анимаций, аудио- и видеоклипов, выполнения подключенных программ.
Важное место в УМК КАДИС занимают тренажеры, виртуальные учебные лаборатории и ППП. Они базируются на математических и имитационных моделях изучаемых объектов или процессов, а сценарии учебной работы с ними в существенной мере предопределяет специфика предметной области. В системе КАДИС разработаны общие принципы построения сценариев этих компонентов УМК (см., например, [1, 6]), а сами они готовятся как локальные компьютерные программы и подключаются к УМК на этапе его компоновки.

Сценарии подготовки УМК. При разработке УМК учебный материал готовят в следующем виде.
1. Оглавление (сначала на бумаге).
2. Учебные тексты в соответствии с пунктами оглавления в виде отдельных файлов в формате RTF (можно с иллюстрациями). В тексте выделяют (цветом и подчеркиванием) гиперссылки (ключевые слова или словосочетания) на соответствующие мультимедиа объекты.
3. Мультимедиа объекты, иллюстрирующие или дополняющие основной текст. Это могут быть графические изображения в различных форматах, звукозаписи, анимации, видеоклипы, интерактивные графические модели (VRML), исполняемые программы, поясняющие тексты, HTML-страницы.
4. Тестовые задания с комментариями к ним для самоконтроля и тренинга.

Компоновка подготовленных электронных компонентов в единый комплекс производится с помощью специальной подсистемы авторской среды КАДИС - Компоновщика УМК (рис. 7).

Рис. 7. Взаимодействие с объектами УМК при его компоновке

Работа с Компоновщиком УМК, как и подготовка тестов с помощью Подсистемы тестирования, не требует специальной квалификации - достаточно умений обычного пользователя персонального компьютера (рис. 8).

Рис. 8. Фрагменты компьютерной подготовки УМК системы КАДИС

С помощью специальной программы - Конвертор в HTML - УМК КАДИС, подготовленный для локального исполнения Проигрывателем УМК, можно трансформировать в сетевую версию для размещения в Интернет/интранет и работы со стандартным броузером.

В заключение отметим, что инструментальные программные средства системы КАДИС свободно тиражирутся в Интернет на сервере ЦНИТ СГАУ http://cnit.ssau.ru.

Разработка программного кода

Программный код - это компьютерная программа, написанная на определенном языке программирования по алгоритму, заданному педагогическим и технологическим сценарием.

Для создания мультимедиа курсов используются инструментальные средства: специализированные (авторские среды) или универсальные (системы программирования). Первые рассчитаны на "программирование без программирования", т.е. программа создается автоматически авторской средой. Для работы со вторыми необходимо знание языка программирования.

Появление современных систем визуального проектирования, таких как Visual Basic и Delphi, в значительной степени снимает различия между этими средствами, поскольку они позволяют разрабатывать интерфейс в интерактивном режиме. В то же время они не ограничивают свободу готовыми решениями.

Следует отметить, что мультимедийные компоненты электронного курса не могут быть созданы средствами АИС, для их создания используются специализированные пакеты. Таким образом, создание современного мультимедиа курса только силами автора, без привлечения специалистов по мультимедиа технологиям, практически невозможно.

Разработка программного кода осуществляется квалифицированным программистом. При этом основные дизайнерские решения обсуждаются с автором курса. В процессе разработки программного кода в педагогический и технологический сценарий могут быть внесены некоторые корректировки, инициированные как педагогическими задачами, так и техническими возможностями их реализации (или отсутствием таковых). Поэтому необходимо участие автора в процессе преобразования педагогического и технологического сценария в электронный продукт, своеобразный "авторский контроль".

Дата добавления: 2014-01-15