Актуальность проблемы исследования. Реформирование российского образования в условиях развивающегося информационного общества инициировало разработку новых педагогических информационных технологий. Одним из приоритетных направлений развития системы образования становится компьютеризация учебного процесса в вузе, роль которой возрастает в связи с вхождением России в мировое образовательное информационное пространство. В связи с этим Министерство образования России подготовило проект федеральной целевой программы развития единой образовательной информационной среды на 2001 — 2005 гг., в котором в качестве ведущей сформулирована задача создания, распространения и внедрения в учебный процесс современных электронных учебных материалов, их интеграция с традиционными учебными пособиями, а также разработка средств их поддержки и сопровождения.
Компьютеризация процесса обучения, таким образом, — одна из характерных объективных тенденций развития современного образования.
Сегодня наука и практика рассматривают компьютеризацию как внедрение компьютеров в некоторую область деятельности человека, сопровождающуюся заметной перестройкой этой деятельности под воздействием компьютера.
В настоящее время ведутся многочисленные исследования, решающие проблемы компьютеризации: диалог в обучающей системе (Андриевская В.В., Коммисарова Е Ю., Машбиц Е. И. и др.), психолого-педагогичеохие аспекты применения компьютеров в процессе обучения (Асмолов А. Г, Беспалько В. П., Ваграменко А. Я., Горвиц Ю. М, Гурьева Л. П., Колин К. К, Лаптев В. В., Роберт И. В., Сластенин В. А., Тихомиров O.K., Талызина Н. Ф. и др.), педагогические условия использования компьютеров в обучении (Аминов H.A., Брановский Ю. С., Ваграменко Я. А., Григорьев С. Г., Леднев B.C., Пак Н. И. и др.), а также многочисленные работы, отражающие опыт применения компьютерных технологий в различных отраслевых областях образования — обучение математике, физике, химии, иностранным языкам, истории и др. (Александров С.А., Аленичева Н., Андреев А. Б., Архипова А. И., Лаврентьев A.B., Моисеев В. Б., Монастырев Н., Усачев Ю. Е., Усманов В В., Шапошникова Т.Л.и др.).
Вместе с тем нужно учитывать, что организация учебных курсов с использованием электронных обучающих средств, определение условий создания и применения этих средств в учебном процессе вуза является достаточно сложной научной проблемой. Большие трудозатраты по разработке электронных обучающих средств зачастую не компенсируются их эффективностью по причине их быстрого устаревания. Тем не менее индустрия компьютерных учебно — методических материалов расширяется в силу их востребованности и социальной значимости.
В настоящее время активно разрабатываются компьютерные технологии для ведения учебных дисциплин в вузе. Усиление интереса к подобным технологиям связано с появлением средств мультимедиа, а также с развитием средств коммуникации, сети Интернет. Хотя компьютерные технологии должны внедряться во все направления учебного процесса, но, как показывает образовательная практика, в основном, создаются электронные учебники и разрабатываются тесты только по отдельным дисциплинам, имеющим преимущественно компьютерную направленность (информатика, информационные технологии, информационные системы и т. п.).
Процесс компьютеризации в вузе характеризуется автономным и обособленным существованием электронных учебников и тестов по различным дисциплинам, бессистемным и нерегулярным характером их использования в учебном процессе вуза, недостаточной разработанностью единых педагогических требований к построению и использованию программных средств, созданных на базе современных информационных технологий.
Одной из наименее разработанных областей в плане использования компьютерных технологий в учебном процессе является создание такого программного продукта, который бы не только позволил повысить эффективность обучения студентов по различным дисциплинам, но и помог бы преподавателям в их профессиональной деятельности. В этой связи актуальной идеей развития образования является построение и использование комплексной универсальной образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта, которая в большей степени расширила бы возможности индивидуального подхода к студентам, и в наиболее полной мере способствовала бы реализации их права на получение образовательной информации, а также оказала бы помощь преподавателям в организации учебного процесса.
С учетом вышеизложенного, проблема исследования сформулирована следующим образом: какова совокупность условий построения и использования образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза?
Решение этой проблемы и составило цель исследования.
Объект исследования: компьютеризация учебного процесса вуза в условиях развивающегося информационного общества.
Предмет исследования: процесс построения и использования образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза.
Гипотеза исследования основана на предположении о том, что использование образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта повысит эффективность учебного процесса вуза при выполнении следующих условий:
1. Соблюдении единой системы педагогических, эргономических и технических требований при разработке и использовании образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта.
2. Применении совокупности новых информационных технологий при построении и использовании образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта.
3. Построении образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта таким образом, чтобы обеспечить универсальность ее применения студентами и преподавателями вуза.
В соответствии с целью, объектом и предметом исследования были поставлены следующие задачи:
1. На основе теоретического и эмпирического анализа охарактеризовать педагогические программные средства, новые информационные технологии, автоматизированные информационные системы и определить динамику их трансформации в образовании.
2. Выявить совокупность условий построения и использования образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза с целью повышения его эффективности.
3. Разработать в качестве программного продукта образовательную автоматизированную информационную систему с элементами искусственного интеллекта.
4. Провести экспертную оценку образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта и экспериментально проверить эффективность ее использования в учебном процессе вуза.
5. Опираясь на результаты исследования, разработать научнометодические рекомендации использования образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта и внедрить ее в практику для самостоятельной и индивидуальной работы студентов и педагогической деятельности преподавателей.
Тема, гипотеза и задачи исследования обусловили выбор совокупности методов исследования: теоретический анализ научной литературы по проблемам информатизации и компьютеризации образованияразличной специальной, общей литературы и электронных информационных средств по педагогическим и организационным аспектам информатизации высшего образования с целью выявления современных особенностей и тенденции использования программных средств в учебном процессе вуза. Констатирующий и преобразующий эксперименты, метод экспертной оценки, математические методы обработки экспериментальных данных (определение средней арифметической всех оценок, использование метода академика Б. П. Смирнова, дисперсионный анализ).
Методологическую основу исследования составил системный подход, который позволяет рассматривать исследуемый объект как множество взаимосвязанных элементов, объединенных общностью функций и цели, единством построения и функционирования.
В основу специальной методологии исследования были положены поисковый, эвристический и экспертный подходы, а также дидактические принципы организации педагогического процесса: гуманистической направленности, научности, преемственности, последовательности и систематичности, доступности и наглядности.
Теоретической основой исследования послужили научные взгляды, концепции, системные построения по проблемам высшего образования, компьютеризации учебного процесса, новым информационным технологиям, автоматизированным информационным системам, используемых в учебном процессе вуза с целью повышения его эффективности и качества, положения современной дидактики, содержащиеся в работах Аминова H.A., Берулавы М. Н., Брановского Ю. С., Ветрова Ю. П., Григорьева С. Г., Леднева B.C., Майборода Т. А., Могилева A.B., Пака Н. И., Первина Ю. А., Подымовой Л. С.,.
Пугача В.И., Румянцева И. А., Тихонова В. А., Уварова А. Ю., Фомина С. С., Хорошилова A.B., Чайновой Л. Д., Яценко В. Е. и др.
Организация и этапы исследования. Исследование осуществлялось в три этапа.
Первый этап — (1998;2000 гг.) — теоретический анализ педагогической литературы и литературы по информатике, новым информационным технологиям, автоматизированным информационным системам, искусственному интеллектувыделение основных направлений по теме исследования, анализ программных средств учебного назначения, разработка программы и методики исследования.
Второй этап — (2001;2002 гг.) — создание программного продукта образовательной автоматизированной информационной системы «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта, проведение констатирующего эксперимента, оценка качества образовательной автоматизированной информационной системы «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта, разработка рекомендаций по построению образовательной автоматизированной информационной системы «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта.
Третий этап — (2002;2003 гг.) — проведение преобразующего этапа эксперимента, обобщение результатов опытно-экспериментальной работы, их апробация и внедрение, разработка рекомендаций по использованию образовательной автоматизированной информационной системы «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе, оформлечие диссертации.
Экспериментальной базой исследования был Институт ускоренной подготовки при Северо-Кавказском государственном техническом университете. В экспериментальном исследовании принимали участие 72 студента экономических специальностей. В качестве экспертов выступили 27 преподавателей кафедр высшей математики, прикладной математики, информационных систем и технологий, защиты информации, автоматизированных систем обработки информации и управления.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
1. Выявлены и дополнены педагогические, эргономические и технические требования к построению и использованию образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза с целью повышения его эффективности.
2. Определены наиболее целесообразные новые информационные технологии для создания и применения образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза.
3. Разработана структура образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта, обеспечивающая универсальность ее применения студентами и преподавателями вуза.
Теоретическая значимость исследования состоит в следующем:
1. Выявлена динамика развития педагогических программных средств и новых информационных технологий в системе высшего образования, проведена их классификация.
3. Разработана классификация наиболее распространенных в настоящее время и используемых в учебном процессе вуза компьютерных средств и определены их основные недостатки.
4. Теоретически обосновано содержание современных педагогических, эргономических и технических требований, предъявляемых к образовательной автоматизированной информационной системе с элементами искусственного интеллекта.
5. На основе анализа учебного процесса в вузе определена структура образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта, обеспечивающая универсальность ее применения.
6. Сформулированы требования к показателям и уровням освоения содержания дисциплины «Информатика».
Практическая значимость исследования заключается в том, что:
1. На основе проведенного теоретического и эмпирического анализа разработан и внедрен в учебную практику программный продукт образовательной автоматизированной информационной системы «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта, повышающий эффективность учебного процесса в вузе.
2. Проведена экспертная оценка и экспериментальная проверка образовательной автоматизированной информационной системы «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта (на примере дисциплины «Информатика»), которые подтвердили высокое качество разработанного программного продукта.
3. Разработаны научно-обоснованные методические рекомендации по использованию образовательной автоматизированной информационной системы «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Образовательная автоматизированная информационная система с элементами искусственного интеллекта является значимым технологическим средством, позволяющим повысить эффективность учебного процесса в вузе при выполнении системы необходимых условий.
2. Необходимыми условиями создания и реализации образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза с целью повышения его эффективности являются:
— соблюдение единой системы педагогических, эргономических и технических требований при разработке и использовании образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта;
— применение совокупности новых информационных технологий при построении и использовании образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта.
— построение образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта таким образом, чтобы обеспечить универсальность ее применения студентами и преподавателями вуза.
3. Использование образовательной автоматизированной информационной системы с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза будет являться универсальным, если ее структура включает в себя следующие подсистемы:
— «Студент», которая включает в себя регистрирующую, обучающую, тестирующую, контролирующую, справочную, консультирующую. подсистемы.
— «Преподаватель», содержащую следующие подсистемы: регистрирующую, «электронный учебник», тесты, консультирующую, запросы преподавателя, оболочку.
Достоверность и обоснованность результатов, полученных в процессе исследования, обеспечивается использованием системного подхода как методологического основания исследования, использованием комплекса методов, адекватных предмету и задачам исследования, репрезентативностью объема выборок, положительными результатами экспертной оценки и экспериментального исследования, использованием математических методов при анализе полученных результатов и статистической значимостью экспериментальных данных.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные результаты исследования обсуждались и получили одобрение на заседании кафедры психологии и педагогики высшей школы Северо-Кавказского государственного университета (2003 г.), на аспирантском семинаре этой кафедры (2003 г.), региональной научно-технической конференции.
Вузовская наука — Северо-Кавказскому региону" (2001 г.), пленарном заседании научно-технической конференции «Управление качеством учебного процесса» г. Кисловодск (2002 г.), I региональной научно-технической конференции «Новые тенденции и технологии в управлении качеством образования (2002 г.), II региональной научной конференции «Проблемы компьютерных технологий и математического моделирования в естественных, технических и гуманитарных науках г. Гергиевск, (2002 г.), VI региональной научно-технической конференции «Вузовская наука — СевероКавказскому региону» (2003 г.).
Структура диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, шести параграфов, заключения, списка литературы и 11 приложений. В диссертации имеются 27 рисунков (из них 18 гистограмм), 12 таблиц.
Список литературы
включает 116 наименований. В приложение включены отдельные исследовательские и научно-практические материалы. Общий объем диссертации 301 страница.
ВЫВОДЫ.
ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта была апробирована в учебном процессе вуза по дисциплине «Информатика». ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта имеет интеллектуальный интерфейс пользователя, который является важнейшим элементом искусственного интеллекта, и, позволяющий ей общаться с пользователем на естественном языке в режиме диалога.
Целью дисциплины «Информатика» является систематизированное изучение базовых составляющих информатики, которые являются максимально полезным для студентов различных специальностей при дальнейшем обучении в вузе.
Задачами обучения дисциплине «Информатика» являются:
— осуществление четкого изложения основных понятий и направлений информатики, как самостоятельной науки;
— изложение математического, программного, информационного и технического обеспечения, являющимися инструментами решения задач на компьютере;
— четкое представление о возможностях и значении информационных технологий, базой которых является информатика, в развитии современной науки, техники и общества в целом.
Были определены требования к уровню освоения содержания дисциплины, к умениям и навыкам студентов.
Содержание дисциплины полностью соответствует требованиям государственного образовательного стандарта по дисциплине «Информатика», а также оно было дополнено теоретическим материалом по темам «Информационные технологии» и «Информационные системы». Содержание дисциплины «Информатика» является основой обучающей подсистемы.
Контролирующая подсистема включает: предварительный контроль знаний (вопросы для самопроверки), текущий контроль (контрольные вопросы), тематический контроль (тестирование на основе тестовых заданий по информатике), рубежный контроль (коллоквиум № 1, коллоквиум № 2).
Такое содержание ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта является целесообразным, т.к. учебная дисциплина изучается в течении двух семестров и соответствует требованиям, предъявляемым к самостоятельной работе студентов в СевКавГТУ. Разработанное программное средство используется для самостоятельной работы студентов.
Преподавателями кафедр социально-психологического факультета и факультета информационных систем и технологий была проведена экспертная оценка программного продукта ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта на соответствие ее педагогическим, эргономическим, техническим требованиям, на соответствие используемых в ней совокупности новых информационных технологий современным требованиям, а также требованию универсальности ее использования в учебном процессе. Результат экспертной оценки показал, что ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта соответствует педагогическим, эргономическим и техническим требованиям, использование в ней совокупности новых информационных технологий адекватны современным требованиям, является универсальным программным продуктом. Программный продукт был рекомендован для использования его преподавателями и студентами в учебном процессе вуза.
В экспериментальном исследовании, которое длилось в течении года, принимало участие три экспериментальные и три контрольные группы, по 12 человек в каждой группе. Всего в экспериментальном исследовании принимало участие 72 человека: 36 человек в контрольных группах и 36 человек в экспериментальных группах. И в контрольных, и в экспериментальных группах студенты изучали дисциплину информатику, причем при прочих идентичных условиях обучение осуществлялось по одной и той же программе, одним и тем же преподавателем. При этом в экспериментальных группах, в отличие от контрольных, к традиционной форме обучения мы добавили обучение студентов дисциплине «Информатика» с помощью подсистемы «Студент» ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта.
Контроль знаний студентов осуществляется на базе системы тестовых заданий по дисциплине «Информатика», хранящихся в базе знаний «Преподаватель», которая является важнейшим элементом искусственного интеллекта. Решатель оценивает уровень знаний, умений и навыков студентов, формирует решения на основе знаний, хранящихся в базе знаний «Преподаватель» и дает соответствующие рекомендации каждому студенту. Решатель также является важнейшим элементом искусственного интеллекта.
В процессе исследования было сделано три контрольных среза в каждой из групп.
Для определения уровня знаний группы студентов, т. е. степени обученности группы мы использовали следующие подходы:
— определение средней арифметической всех оценок, полученных обучающимися в каждой группе, по пятибальной шкале;
— использование метода академика Б. П. Смирнова, позволяющий диагностировать степень обученности студентов;
— использование метода однофакторного дисперсионного анализа, который позволяет выяснить, какую долю изменчивости результирующего признака можно объяснить воздействием факториального признака.
Дисперсионный анализ и сравнение результатов уровня знаний, умений и навыков студентов по дисциплине информатика в контрольных и экспериментальных группах позволяют сделать вывод, что использование наряду с традиционными средствами обучения ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта на занятиях повышают уровень знаний, умений и навыков у студентов.
Сравнение результатов уровня знаний, умений и навыков по информатике в контрольных и экспериментальных группах спустя полгода после проведения экспериментального исследования приводит нас к выводу, что использование на занятиях ОАИС «ВУЗ» способствует лучшему сохранению и воспроизведению изученного материала, а это, в свою очередь, повышает эффективность учебного процесса.
Далее была произведена оценка ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта согласно критерию эффективности его применения: по объему, времени, скорости усвоения материала, а также по успеваемости студентов.
Полученные данные также свидетельствуют о повышении у студентов экспериментальной группы знаний, умений и навыков.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что разработанная нами ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта соответствует совокупности педагогическим, эргономическим и техническим требованиям, используемая в ней совокупность новых информационных технологий адекватна современным требованиям и является универсальной при ее применении преподавателями и студентами в учебном процессе вуза.
Проведенное экспериментальное исследование также позволяет утверждать, что ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта является значимым технологическим средством, позволяющем повысить эффективность обучения студентов вуза.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Конец второго тысячелетия ознаменовался переходом от индустриального к информационному обществу, в котором знания и информация становятся важнейшим стратегическим ресурсом и занимают ключевое место в образовании, культуре, экономике и т. д. Период перехода к информационному обществу сопровождается информатизацией образования, которое основано на новых технологиях обучения: в учебный процесс внедряются обучающие автоматизированные информационные системы, основной частью которых являются новые информационные технологии.
В ходе исследования мы рассмотрели три этапа информатизации общества и развитие информатизации образования на соответствующих его этапах.
На начальном этапе информатизации образования в качестве новых информационных технологий использовались педагогические программные средства (программы-тренажеры, контролирующие, обучающие, демонстрационные, информационно-справочные, имитационные), к разработке которых предъявлялся комплекс требований (педагогических, технических, эргономических).
Мы предполагаем, что, в условиях развития информатизации образования, требования, предъявляемые к разработке педагогических программных средств, будут существенно дополнены.
Мы рассмотрели существующие подходы к разработке ППС: генеративный, генеративно-диагностический, поисковый, эвристический, экспертный, воспитательный и развивающий, психологический, эстетический. Поисковый, эвристический и экспертный подходы использовались при проектировании ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта.
С дальнейшим развитием информатизации образования происходит развитие новых информационных технологий, создание и внедрение в учебный процесс вуза обучающих автоматизированных информационных систем, а с начала 90-х годов развивается новое направлениеинтеллектуальные обучающие автоматизированные информационные системы, основанные на работах в области искусственного интеллекта. Мы выявили основные компоненты интеллектуальных автоматизированных информационных систем: базу знаний, решатель, интеллектуальный интерфейс пользователя, которые являются важнейшими элементами искусственного интеллекта. Использование интеллектуальных обучающих автоматизированных информационных систем становится также возможным с появлением новых видов технических средств обработки и передачи информации, совершенствованием организационных форм использования ПЭВМ, насыщением инфраструктуры новыми средствами коммуникаций.
Нами была проведена классификация новых информационных технологий, используемых в образовательном процессе.
Анализ научной литературы и существующей практики позволил нам заключить, что на данном этапе информатизации образования новые информационные технологии становятся частью АИС, поэтому в качестве обучающей АИС должна быть разработана образовательная АИС с элементами искусственного интеллекта, которую характеризуем как программный продукт, используемый в учебном процессе вуза, включающий новые информационные технологии, и обеспечивающий интеллектуальный интерфейс взаимодействия с пользователем.
Таким образом нами была определена совокупность новых информационных технологий, которая должна использоваться при проектировании и эксплуатации ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта.
Далее были проанализированы программные средства, основанные на новых информационных технологиях, для ведения учебных дисциплин в вузе, проведена их классификация и выявлены их некоторые недостатки, которые проявляются в следующем:
1. Программные средства создаются, в основном, преподавателями-специалистами в области новых информационных технологий.
2. Электронные учебники создаются и используются по определенной дисциплине студентами определенной специальности, и как следствие, система самопроверки знаний также представляется только по этой дисциплине.
3. Отсутствие интерактивной связи обучающегося с преподавателем и преподавателем с обучающимся.
4. Отсутствие тренинга обучающихся в ответах на вопросы.
5. Отсутствие контроля знаний по группе тем, включенных в каждый коллоквиум учебной дисциплины.
6. Однообразная форма тестовых заданий.
7. Рассмотренные программные средства направлены на решение определенной образовательной задачи (обучающей, контролирующей и т. п.), в то время как образовательные задачи должны решаться комплексно.
Из вышесказанного следует, что ОАИС с элементами искусственного интеллекта по сравнению с педагогическими программными средствами должна значительно шире охватывать образовательные задачи и соответственно шире реализовывать различные педагогические функции. Поэтому выделенные нами педагогические, эргономические и технические требования являются необходимым дополнением к требованиям, предъявляемым к разработке педагогических программных средств. К педагогическим требованиям мы относим следующие:
1. ОАИС должна охватывать программу официального курса обучения и представлять обучающимся возможность работать с ней по сценариям, приближенным к обычному традиционному обучению.
2. ОАИС должна значительно превосходить объем информации по изучаемому предмету, чтобы удовлетворять познавательные потребности обучающихся.
3. ОАИС должна содержать описание одного и того же учебного материала на разных уровнях разными способами (в виде обычного документа и в виде таблиц).
4. ОАИС должна сопровождаться литературой для углубленного изучения материала по данной дисциплине.
5. ОАИС должна содержать большое количество тем рефератов и списка рекомендуемой литературы к каждой теме реферата.
6. ОАИС должна содержать предметный указатель с целью быстрого поиска подробного разъяснения по данному термину.
7. ОАИС должна включать словарь терминов, предоставляющий возможность для быстрого и краткого объяснения.
8. ОАИС должна содержать интеллектуальную базу данных, т. е. базу знаний.
9. ОАИС должна включать решатель, который будет анализировать ответы студентов, выявлять уровень знаний и давать им соответствующие рекомендации.
10. ОАИС должна предоставлять студентам возможности организации их обучения как систематического, так и эпизодического.
11. ОАИС должна предоставлять преподавателям возможности для их преподавательской деятельности.
12. ОАИС должна совмещать в себе подсистемы (регистрирующую, обучающую, тестирующую, контролирующую, поисковую, консультирующую) для деятельности студентов и подсистемы (регистрирующую, создания электронного учебника, составления тестовых заданий, запросов о деятельности студентов к базе знаний, консультирующую) для деятельности преподавателей.
13. ОАИС должна использоваться на аудиторных занятиях и при самостоятельной работе с целью самообразования обучающихся.
14.ОАИС должна предоставлять возможности для ввода, сбора и обработки необходимой информации, используемой преподавателями в учебном процессе.
15. ОАИС должна содержать различные формы контроля знаний каждого студента (вопросы для самопроверки знаний, контрольные вопросы, тестирование по каждой теме дисциплины, два коллоквиума, включающим контроль знаний по нескольким темам дисциплины).
16. ОАИС должна вести учет работы каждого обучающегося и давать рекомендации по оптимальной организации его работы в той или иной области знаний.
Эргономические требования заключаются в следующем:
1. ОАИС должна ориентироваться на операционную среду Microsoft Windows, т. е. содержать тот же вид экранных форма и объектов управления, что и операционная система Microsoft Windows.
2. ОАИС должна иметь удобный интерфейс, реализующего диалог пользователя с ОАИС как на стадии ввода информации, так и получения результатов. Удобный интерфейс пользователя достигается применением графического интерфейса, выражающегося в использовании экранных форм, содержащим объекты управления.
3. ОАИС должна обеспечивать диалоговый режим взаимодействия с пользователем, организованного таким образом, что ведется обмен сообщениями, влияющими на обработку данных и обеспечивающих мгновенную обратную связь с пользователем.
4. ОАИС должна обладать надежностью, т. е. гарантировать сохранность устройств компьютера, программного обеспечения, хранимых данных.
Выполнение эргономических требований обеспечивает интеллектуальный интерфейс, позволяющий ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта общаться с пользователем на естественном языке в режиме диалога.
Технические требования, наоборот, упростились за счет создания на сегодняшнем этапе информатизации общества, высокотехничных компьютеров.
Таким образом нами была определена единая система требований к построению и использованию ОАИС с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза.
Во второй главе мы провели анализ использования ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза, рассмотрев цель, задачи, содержание, организацию (формы, методы, средства) и результат.
Показателями эффективности учебной деятельности студента в ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта являются знания, умения и навыки.
Мы также проанализировали педагогические принципы и функции обучения и положили их в основу построения и использования ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта таким образом, чтобы обеспечить универсальность ее применения в учебном процессе вуза.
Мы пришли к выводу, что внедрение ОАИС «ВУЗ» в учебный процесс может повысить эффективность процесса обучения студентов на следующих стадиях учебного процесса:
— на этапе предъявления учебной информации обучающимся;
— на этапе усвоения учебного материала в процессе интерактивного взаимодействия с компьютером;
— на этапе повторения и закрепления усвоенных знаний (навыков, умений);
— на этапе промежуточного и итогового контроля и самоконтроля достигнутых результатов обученияна этапе коррекции и самого процесса обучения, и его результатов путем совершенствования дозировки учебного материала, его классификации, систематизации.
Проведенный анализ позволил нам разработать структуру ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта. При определении структуры ОАИС «ВУЗ» были соблюдены педагогические, эргономические и технические требования к построению и использованию ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллектаиспользована совокупность новых информационных технологийучтены педагогические принципы организации дидактического процесса, определены функциональные и структурные компоненты, позволяющие построить ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта таким образом, чтобы обеспечить ее универсальность.
Используя системный подход к проектированию образовательной автоматизированной информационной системы (ОАИС) «ВУЗ» и в результате ее декомпозиции, была разработана функциональная структура, в которой мы выделили:
1. Подсистему «Студент», предназначенную для использования ее студентами в учебном процессе вуза.
2. Подсистему «Преподаватель», предназначенную для использования ее преподавателями в своей преподавательской деятельности.
В результате дальнейшей декомпозиции подсистемы «Студент», в соответствии с поставленными задачами, выделены следующие подсистемы:
1. Регистрирующая — предназначена для регистрации студентов в ОАИС «ВУЗ».
2. Обучающая — предназначена для обучения студентов конкретной дисциплине и представлена электронным учебником и вопросами для самопроверки знаний студентов.
3. Тестирующая — предлагает систему тестовых заданий студенту для определения уровня знаний.
4. Контролирующая — предназначена для определения уровня знаний студентов по данной дисциплине.
5. Справочная — предоставляет студенту правильные ответы на этапе самоконтроля знаний.
6. Консультирующая — предоставляет возможность студенту задать вопросы преподавателю.
В соответствии с решаемыми задачами в подсистеме «Преподаватель» было выделено пять подсистем:
1. Регистрирующая — осуществляет регистрацию преподавателей в ОАИС «ВУЗ».
2. «Электронный учебник» — включает создание и редактирование электронного учебника.
3. Тесты — создание и редактирование тестов, справочную подсистему, контролирующую подсистему.
4. Консультирующая — провести консультацию преподавателя со студентами.
5. Запросы преподавателя — получит справочную информацию о работе студентов в подсистеме «Студент».
Для создания ОАИС «ВУЗ» был выбран объектно-ориентированный язык программирования Visual Basic 6.0, который полностью удовлетворяет назначению образовательной автоматизированной информационной системы «ВУЗ», обеспечивает удобный для пользователя графический интерфейс и осуществляет интеграцию со следующими приложениями:
— Microsoft Internet Explorer, в окне которого показывается обложка каждой из подсистем и весь теоретический материал электронного учебника;
— Microsoft Word 2000, предназначенного для создания и редактирования электронного учебника преподавателем.
— Системы управления базой данных Microsoft Access 2000, которая представлена интеллектуальной базой данных «Преподаватель».
С помощью языка Visual Basic 6.0 были разработаны два проекта, составляющие ОАИС «ВУЗ»:
— «Студент», который решает задачи, входящие в подсистему «Студент».
— «Преподаватель», который решает задачи, входящие в подсистему «Преподаватель».
Вышесказанное позволяет нам утверждать, что:
1. ОАИС с элементами искусственного интеллекта создает для обучающегося благоприятную среду обучения, дает возможность получать теоретические знания (электронные учебники) и определенные практические навыки (тренажерные программы), а также позволит оценить свою подготовку с помощью тестирующих и контролирующих программ. Нужды преподавателей в ОАИС обеспечиваются специальными программами, которые позволяют преподавателям самим создавать новые или редактировать и дополнять готовые программы для обучения, не будучи специалистами в программировании, вести журналы, составлять отчеты.
2. Применение ОАИС с элементами искусственного интеллекта изменяет учебный процесс в зависимости от индивидуальности обучающегося, предоставляет ему право самостоятельно задавать последовательность, объем и темп предъявления учебной информации. ОАИС обеспечивает постоянный контроль за ходом обучения и в случае необходимости поправляет действия обучающегося. В учебный процесс вводятся принципиально новые средства познания: вычислительный эксперимент и базы знаний.
3. Универсальность применения ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта обеспечена совпадением компонентов дидактической системы со структурными компонентами ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта, так как в этом случае реализуются цели, задачи, функции учебного процесса, а в качестве определения эффективности учебной деятельности студентов выступают их знания, умения и навыки так, как именно они составляют результативный компонент учебного процесса. Для обеспечения универсальности в процессе ее применения, структура ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта имеет следующие подсистемы:
— «Студент», содержащую регистрирующую, обучающую, тестирующую, контролирующую, справочную, консультирующую подсистемы.
— «Преподаватель», содержащую следующие подсистемы: регистрирующую, «электронный учебник», тесты, консультирующую, запросы преподавателя.
4. ОАИС с элементами искусственного интеллекта имеет свою специфику по сравнению с другими обучающими АИС, так как использование ее в учебном процессе помогает любому преподавателю при создании им электронного учебника и составлению тестов по своим дисциплинам для любой специальности студентов, что, в свою очередь, приводит к использованию ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта для обучения студентов по созданным электронным учебникам, выполнению тестовых заданий, обеспечению интерактивной связи между студентом и преподавателем.
Все вышеперечисленное обеспечивает универсальность использования ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза.
Для использования ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза мы разработали:
1. Методику использования универсальной подсистемы «Студент» образовательной автоматизированной информационной подсистемы «ВУЗ» в педагогическом процессе технического вуза. (Методические указания для студентов всех специальностей).
2. Методику использования универсальной подсистемы «Преподаватель» образовательной автоматизированной информационной подсистемы «ВУЗ» в педагогическом процессе технического вуза. (Методические указания для преподавателей).
Разработанная во второй главе ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта была апробирована в учебном процессе вуза по дисциплине «Информатика» и описана в третьей главе.
Была определена цель изучения дисциплины «Информатика», а также требования к уровню освоения содержания дисциплины.
Содержание дисциплины «Информатика» полностью соответствует требованиям государственного образовательного стандарта по дисциплине «Информатика», а также было дополнено теоретическим материалом по темам «Информационные технологии» и «Информационные системы». Содержание дисциплины «Информатика» является основой обучающей подсистемы.
Контролирующая подсистема включает: предварительный контроль знаний (вопросы для самопроверки), текущий контроль (контрольные вопросы), тематический контроль (тестирование на основе тестовых заданий по информатике), рубежный контроль (коллоквиум № 1, коллоквиум № 2).
Такое содержание ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта является целесообразным, т.к. учебная дисциплина изучается в течении двух семестров и соответствует требованиям, предъявляемым к самостоятельной работе студентов в СевКавГТУ. Разработанное программное средство используется для самостоятельной работы студентов.
Программа по информатике построена в соответствии с педагогическими, эргономическими и техническими требованиями, предъявляемыми к разработке ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта.
Экспертная оценка созданной ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта и проведенная нами опытно-экспериментальная работа подтвердила первоначальную гипотезу исследования. Качественный и количественный анализ результатов исследования показал, что использование ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта в учебном процессе вуза позволяет приобрести студентам и преподавателям навыки работы на компьютере и закрепить их, повышает интерес студента к изучаемому материалу, позволяет качественно подготовиться студенту к зачету или экзамену, повышает эффективность контроля знаний студента, обеспечивает объективную оценку за сдачу каждую темы дисциплины и за сдачу каждого коллоквиума по дисциплине, повышает оперативность предоставления информации преподавателю, обеспечивает всю полноту необходимой информации в любое время, экономит время преподавателя на проведение тестирования и коллоквиумов, обеспечивает частоту проведения тестов по требованию преподавателя, возможность общения преподавателя со студентом и студента с преподавателем, а это все в совокупности способствует повышению эффективности учебного процесса.
Таким образом, на основании проведенного исследования, можно также сделать вывод о том, что образовательная автоматизированная информационная система «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта является значимым технологическим средством, позволяющем повысить эффективность обучения студентов вуза.
Так как разработанная нами ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта является универсальной, то она может использоваться в учебном процессе различных вузов по всем специальностям студентов и на всех факультетах, любыми преподавателями независимо от уровня их компьютерной подготовки. При определенной доработки, а именно использовании сетевых новых информационных технологий, ОАИС «ВУЗ» с элементами искусственного интеллекта может применяться для дистанционного обучения студентов по различным дисциплинам. Научная разработка педагогических, эргономических и технических требований по отношению к компьютерным программам, а также выделенные новые информационные технологии могут быть реализованы при разработке других программных продуктов и использоваться в других научных исследованиях по информатизации образования.
