Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

МІЖНАРОДНИЙ НАУКОВО-НАВЧАЛЬНИЙ ЦЕНТР ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА СИСТЕМ

УДК: 681:378

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Моделі та інформаційна технологія підтримки самостійного навчання, що базується на компетентнісному підході

05.13.06 - інформаційні технології

Данилова Ольга Валеріївна

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Міжнародному науково-навчальному центрі інформаційних технологій та систем НАН України і МОН України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Синиця Катерина Михайлівна, Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем НАН України і МОН України, заступник директора з наукової роботи.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Тарасов Віктор Олексійович, Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України, науковий співробітник,

кандидат технічних наук Келеберда Ігор Миколайович, Харківський національний університет радіоелектроніки, доцент кафедри програмного забезпечення ЕОМ.

Захист відбудеться "30" вересня 2009 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.171.01 при Міжнародному науково-навчальному центрі інформаційних технологій та систем НАН України і МОН України за адресою: 03680, Київ-680, МСП, проспект Академіка Глушкова, 40.

З дисертацією можна ознайомитися в науково-технічному архіві Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова за адресою: 03680, Київ-680, МСП, проспект Академіка Глушкова, 40.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради О.В. Бабак.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Розвиток інформаційного суспільства, перехід до суспільства знань та впровадження парадигми безперервного навчання вимагає активного застосування сучасних інформаційних технологій у вищій освіті, масовому навчанні та професійній підготовці. Поняття безперервного навчання означає цілеспрямоване навчання, яке здійснюється на постійній основі з метою вдосконалення знань, умінь та професійних компетенцій. Під компетенцією розуміються спеціальні, обумовлені та вимірювані знання, навички, уміння або інші характеристики (здібності, поведінка, фізична схильність), якими володіє індивід і які є необхідними для виконання професійної діяльності в певній сфері. Розвиток фундаментальних проблем комп'ютерної підтримки безперервного навчання в Україні пов'язаний з дослідженнями таких вчених, як В.М. Глушков, В.І. Гриценко, А.М. Довгялло. Теоретичними та прикладними дослідженнями в цій галузі займаються М.І. Жолдак, В.Ю. Биков, М.М. Глибовець, І.М. Келеберда, С.П. Кудрявцева, А.Ф. Манако, Н.Д. Панкратова, К.М. Синиця, В.В. Рябцев, В.П. Шевченко та інші. Застосування комп'ютерних систем підтримки навчання (КСПН) знаходиться у центрі уваги міжнародної та національної спільноти науковців та викладачів, починаючи з 70-х років ХХ ст. У цілому, КСПН спрямовані на підтримку традиційних форм та методів навчання, що базуються на предметно-орієнтованому підході та жорстко визначених навчальних програмах зі статичними навчальними цілями, які не враховують повністю всього спектра навчальної діяльності учнів та потребують значного проміжку часу для внесення змін чи коректив. Водночас, активне впровадження інформаційних технологій в усі галузі людської діяльності призводить до появи нових та постійного оновлення вже існуючих професійних задач та кваліфікаційних вимог. У сформованих обставинах, для забезпечення конкурентноспроможності та ефективної діяльності фахівців, особливої актуальності набуває питання забезпечення спроможності працівників якісно та своєчасно задовольняти сучасні професійні вимоги, що, в свою чергу, вимагає безперервного розширювання та поновлення професійних компетенцій без відриву від виробництва. Виникає необхідність у нових парадигмах комп'ютерної підтримки безперервного навчання на базі нових підходів, які орієнтовані саме на професійну підготовку учнів, зокрема, компетентнісному підході (КП), при якому метою навчання є цілеспрямоване формування компетенцій, що дозволять індивіду успішно виконувати його професійні задачі.

Враховуючи викладене, актуальною науково-технічною задачею є розробка моделей та інформаційної технології підтримки самостійного професійного навчання, що базується на КП.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до плану науково-дослідних робіт відділу діалогових та навчаючих систем Міжнародного науково-навчального центру інформаційних технологій та систем НАН України і МОН України (МННЦ ІТтаС) у межах державних бюджетних тем МОН України: ВФ 105.05 «Розробка методів та моделей створення багатоцільових навчально-технологічних середовищ» (номер держреєстрації - 0104U006255); ВФ 105.06 «Розробка методів та моделей створення багатоцільових електронних науково-освітніх просторів» (номер держреєстрації - 0107U012273), де здобувач брала участь як виконавець окремих розділів.

Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи - підвищення якості самостійного професійного навчання за рахунок розробки і впровадження нових моделей та засобів інформаційної технології підтримки автоматизованого навчання на основі КП.

Об'єкт дослідження - процес організації самостійного навчання, що базується на КП.

Предмет дослідження - методичне, математичне, алгоритмічне та програмне забезпечення інформаційної технології підтримки самостійного навчання, що базується на КП.

Відповідно до поставлених мети і науково-технічної задачі необхідно вирішити такі часткові задачі:

- проаналізувати існуючі КСПН щодо підтримки самостійного навчання;

- розробити методологічні засади розробки інформаційної технології підтримки самостійного навчання, що базується на КП, а саме: загальну схему самостійного навчання; модель компетенцій для представлення та оперування ними в системі, модель самостійного учня та метод злиття таксономій компетенцій, що належать до різних предметних областей;

- розробити алгоритмічні засади розробки інформаційної технології підтримки самостійного навчання, що базується на КП, а саме: алгоритм знаходження об'єднаних таксономій цільових компетенцій для різних навчальних ситуацій та алгоритм побудови індивідуального навчального курсу;

- розробити Інтернет-технологію на основі запропонованих моделей та алгоритмів;

- експериментально підтвердити доцільність застосування запропонованих методів.

Методи дослідження. Теоретико-методологічною основою дисертацій-ного дослідження є загальнодидактична теорія проектування та створення навчальних ресурсів, концепція КП до навчання спеціалістів, методи статистичного дослідження, математичні засади загальної теорії систем та теорії графів, методи розроблення Веб-орієнтованих програмних засобів. У дисертації використовувалися загальні методи пізнання (спостереження, порівняння, класифікації, аналізу), математичного моделювання, методи підтримки прийняття рішень (метод аналізу ієрархій), математичної статистики (опитування, анкетування, аналіз) тощо. При програмній реалізації інформаційної технології використовувалась технологія об'єктно-орієнтованого програмування.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

- уперше створена методика оцінювання ступеня підтримки самостійного навчання в існуючих КСПН;

- уперше розроблені модель компетенції та метод злиття таксономій компетенцій, що належать до різних предметних областей;

- уперше розроблені алгоритм знаходження об'єднаних таксономій цільових компетенцій для різних навчальних ситуацій та алгоритм побудови навчального курсу, що базується на методі пошуку індивідуального маршруту навчання професійним компетенціям;

уперше розроблено інформаційну технологію підтримки самостійного навчання, що базується на КП;

- одержала подальший розвиток структурна модель учня, що базується на міжнародній специфікації IMS LIP (Інформаційний профіль учня);

- удосконалено інформаційну модель для опису КСПН, запропоновану в міжнародному стандарті IEEE LTSA (Архітектура навчальних систем), що дозволило описувати інформаційні потоки в системах підтримки навчання, яке базується на професійних компетенціях.

Практичне значення одержаних результатів. Створено Інтернет-технологію для підтримки самостійної навчальної діяльності, що базується на розроблених моделях компетенції та таксономій компетенцій, алгоритму побудови індивідуального маршруту навчання професійним компетенціям, та є інструментальним засобом з ефективної організації автоматизованого професійного навчання, впровадження КП у процес самостійного навчання, забезпечення умов для якісного обміну знаннями і вміннями та впровадження інформаційно-комунікаційних технологій (ІКТ) в навчальний процес.

Методологічні положення та інформаційні ресурси розробленої автором Інтернет-технології з підтримки самостійного навчання, що базується на КП, впроваджено в навчальний процес в Івано-Франківському інституті менеджменту та економіки «Галицька академія» (акт впровадження від 11.06.2007); Національній академії оборони України (акт впровадження від 02.07 2007); Одеському регіональному інституті державного управління національної академії державного управління при Президентові України (акт впровадження від 29.11.2007).

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійною закінченою науковою працею, в якій викладено авторський підхід до розробки моделей та інформаційної технології підтримки самостійного навчання, що базується на КП. Кінцевим результатом використання запропонованого підходу є підвищення якості професійного самостійного навчання за підтримкою ІКТ, про що свідчать позитивні відгуки користувачів. Наукові результати дисертації, що виносяться на захист, одержано здобувачем самостійно. В працях, написаних у співавторстві, здобувачеві належать: [1] - класифікація відеофрагментів навчального призначення для підтримки дистанційної освіти; [2] - аналіз навчальних технологій; [5] - класифікація освітніх порталів, архітектура інформаційного порталу; [9] - порівняльний аналіз традиційних навчальних курсів та курсу, що розроблений на основі професійних умінь та навичок; [11] - архітектура системи розробки навчальних курсів «Objects Orchestrator»; [14] - аналіз аспектів організації курсів підвищення кваліфікації для викладачів; [16] - підхід до розробки навчальних курсів для вивчення англійської мови, що базується на КП; [17] - методика розробки навчальних курсів, що базується на КП.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень, виконаних у дисертаційній роботі, доповідалися та обговорювалися на конференціях: XII Міжнародній конференції з автоматичного управління «Автоматика» (Харків, 2005); Міжнародній конференції «Теоретичні та прикладні аспекти побудови програмних систем TAAPSD-2005» (Київ, 2005); III та IV Міжнародних науково-практичних конференціях «Єдиний інформаційний простір» (Дніпропетровськ, 2005, 2006); XI Міжнародній відкритій науковій конференції «Сучасні проблеми інформатизації в інформаційних системах та телекомунікаціях» (Росія, Воронеж, 2006); І та ІІ Міжнародних конференціях «Нові інформаційні технології в освіті для всіх» (Київ 2006, 2007); 31-й Міжнародній конференції з ІКТ, електроніки та мікроелектроніки «MIPRO» (Хорватія, Опатія, 2008); засіданнях науково-методологічного семінару «Перспективні технології навчання та освітні простори» МННЦ ІТтаС (Київ, 2007, 2008).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковано в 17 наукових працях. З них 8 - у наукових профільних журналах (у тому числі, 5 без співавторів), 2 статті в міжнародних профільних журналах та матеріали конференцій. Розроблені в дисертаційному досліджені наукові та методичні положення були реалізовані при розробці 5 дистанційних навчальних курсів та навчальних комп'ютерних програм, а саме: «Телекомунікаційне інформаційно-освітнє середовище», «Інформаційний шкільний Web-портал «Рідна Школа», «Інтелектуальна система «Конструктор тестів v1.0», «Інтелектуальна система «Генератор тестів v1.0», «Програмна оболонка для підтримки діяльності науково-освітнього семінару», на які отримано 10 авторських свідоцтв.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 148 найменувань та 4 додатків. Повний обсяг роботи - 210 сторінок, із них 173 сторінки основного тексту, 30 рисунків та 21 таблиці.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано основну мету та задачі дослідження, охарактеризовано наукову новизну, наукове та практичне значення одержаних результатів, наведено інформацію про впровадження результатів роботи, їх апробацію та публікації.

У першому розділі був проведений аналіз тенденцій розвитку технологій дистанційного навчання в Україні та в розвинутих країнах світу з метою визначення рівня підтримки самостійного навчання (СН) за різними формами комп'ютерного безперервного навчання. Аналіз показав, що самонавчання стає соціальним явищем і процесом, яке потребує нових гнучких освітніх технологій та систем для його підтримки. Водночас, відсутні методологічні та методичні основи створення і застосування інформаційних технологій у процесі формування, оновлення та розширення професійних компетенцій при СН.

Використовуючи методи аналізу була розроблена модель процесу СН, що дозволяє реалізувати на практиці концепцію СН, у відповідності до якої учень є керуючим об'єктом, а не виступає об'єктом керування, як при традиційному навчанні з викладачем. Відповідно до моделі процесу СН була розроблена методика оцінювання ступеню підтримки СН, яка була застосована для аналізу 43 найвідоміших КСПН. Було встановлено, що всі розглянуті системи орієнтовані на підтримку навчання у традиційній формі, та була доведена необхідність створення нових інформаційних технологій для підтримки професійного СН, яке керується учнем та базується на КП.

У другому розділі розглядаються питання організації самостійного навчання на основі КП. Встановлено, що сучасний досвід впровадження КП стосується лише аудиторного навчання, водночас як застосування КП в дистанційному навчанні майже відсутнє; відсутня систематизація існуючих професійних компетенцій та засоби для опису і оперування компетенціями, що базуються на інформаційних технологіях; відсутнє забезпечення КП електронними навчальними ресурсами. Для вирішення наведених проблем була побудована загальна схема самостійного навчання, що базується на КП, розроблена модель компетенції та запропонований метод злиття таксономій компетенцій.

Була розроблена модель компетенції, яка включає такі компоненти:

MК= {опис, структура, складність, ЗЗУ, ЖЦ}, де:

Опис компетенції - назва, інформація про зміст компетенції, предметна область, критерії досягнення.

Структура описує внутрішню структуру компетенції (проста, складна) та її ієрархічні взаємозв'язки (батько-нащадок) з іншими компетенціями.

Ступінь складності MF_i (i=1,5) відображає можливі рівні складності при володінні даною компетенцією, MF_i <1 (незадовільний рівень), 2 (недостатній рівень), 3 (базовий рівень), 4 (сильний рівень), 5 (лідерський рівень)>.

ЗЗУ (Знання, Здібності, Уміння) компонента. Описує когнітивні, афективні та психомоторні характеристики.

ЖЦ - життєвий цикл компетенції.

Для застосування описаної моделі компетенції в КСПН запропонована XML схема, яка розширює базову специфікацію, що була розроблена глобальним консорціумом із навчання IMS, для обміну інформацією щодо компетенцій.

Для побудови структурної моделі, в якій відображаються ієрархічні взаємозв'язки між компетенціями, обрано орієнтоване дерево (таксономія компетенцій T), де на кожному рівні ієрархії кожній компетенції може бути підлегла довільна кількість компетенцій наступного рівня та глибина ієрархії не обмежена, але кінцева.

Компетенція c_j m-рівня разом із піддеревом, яке до неї належить, визначається як . Кожна компетенція (i=1,..,n_m, j=1,..,k_m) має вагу , , та відображає вклад для батьківської компетенції . Ваги компетенцій, що мають спільного батька, визначаються таким чином, що , де К - кількість нащадків. Вага кореневої компетенції c₀ - =1. На множині компетенцій {C} виконуються аксіоми непустої множини, об'ємності, об'єднання, різниці та існування порожньої множини.

Для вирішення задачі злиття таксономій компетенцій при побудові маршруту навчання була задана алгебраїчна система А= <T, O, R>, де T- множина таксономій компетенцій; О - множина алгебраїчних операцій; R - множина відношень на T. Таксономії задаються трійками (С¹, E¹, W¹) та (С², E², W²), де {с¹_j, j=1,..,k¹} та {с²_j, j=1,..,k²} - множини компетенцій, {e¹_i, i=1,..,n¹} та {e²_i, i=1,..,n²} - множини дуг, а {, i=1,..,z¹} та {, i=1,..,z²} - множини ваг для T₁ та T₂ відповідно.

Були введені наступні операції на T:

1) операція тотожності , де T₁=T₂, якщо C¹=C², E¹=E², W¹=W²;

2) операція порівняння, що визначає повне входження T₁ в T₂:

,

де , якщо T₂ є піддеревом T₁;

3) операція деконкатенації (розбиття), в результаті якої від таксономії T₁ віднімається T₂, якщо T₂ є піддеревом T₁: , при чому ваги перераховуються наступним чином (z - рівень входження T₂, в T₁, - вага T₂):

,

де r - кількість нащадків компетенції , що є батьківською для T₂;

4) операція віднімання компетенції z-рівня від таксономії (- коренева вершина T₁):

а) якщо c_i є кінцевою вершиною z-рівня, то:

,

,

де r - кількість нащадків батьківської компетенції для c_i;

б) якщо c_i є піддеревом T_i, то .

5) операція конкатенації, якщо таксономії не мають спільних компетенцій, то додається нова спільна коренева вершина:

.

Для опису вимог до професійної підготовки фахівця була запропонована модель професіограми посади {Prof}, в якій для кожного ступеня оволодіння посадою ML_i (i=1,4) {1 - початківець, 2 - спеціаліст, 3 - професіонал, 4 - майстер} задається перелік ключових компетенцій {(i=1,..,n^key)}, що описують відповідні предметні області; набори їх підкомпетенцій (i=1,..,n^key, j=1,..,m^com) та значення ваг. Кожному ML_i відповідає різний набір (i=1,..,n^key, j=1,..,m^com_MLi) (i=1,..,n^key, j=1,..,m^com) згідно до широти охвату професійних обов'язків.

Для формування остаточного дерева цільових компетенцій (що мають бути засвоєні) згідно з вимогами професіограми для заданого ML_i було розроблено метод злиття таксономій компетенцій, що складається з 2 етапів.

Етап 1. Звуження ключових таксономій (j=1,..,n), до яких входять цільові компетенції (i=1,…,m), до таксономії , яка включає лише (i=1,…,m), де .

Етап 2. Злиття отриманих таксономій в остаточне дерево цільових компетенцій =Meth_Con(). Визначається множина перетину таксономій . Якщо , то . Ваги (i=1,n) приймають значення з професіограми Prof. Якщо , то будується так, щоб (), входили лише один раз. Для реалізації цього етапу були розглянуті ситуації, коли таксономії мають спільну просту компетенцію, складну компетенцію або піддерево. Запропоновані правила звуження для відсічення кореневої вершини та вершини з одним нащадком.

Третій розділ присвячено розробці моделей та алгоритмів для побудови індивідуального навчального курсу, що базується на КП. Були розроблені модель суб'єкта СН - самостійного учня (СУ), модель навчальної цілі, модель навчальної ситуації, алгоритм знаходження об'єднаної таксономії цільових компетенцій для різних навчальних ситуацій та алгоритм побудови індивідуального навчального курсу.

Запропонована модель СУ представлена кортежем <{PI}, {LG}, {R},{T^learn},{Ses_i}, {T^result}, {PG}, {P^port}>, де:

- PI - персональна інформація (ПІБ, вік, освіта, сертифікати тощо);

- LG - навчальна ціль (НЦ), модель якої представлена як LG=<Prof, C_r, S>, {Prof} - професіограма посади, C_r - критерій досягнення НЦ, {S} - множина навчальних ситуацій;

- R=<,R^cog, R^Tech> - множина наявних ресурсів СУ, а саме - початкові компетенції представлені таксономією , когнітивно-фізичні здібності {, j=1,…,m^c}, матеріально-технічні ресурси {, k=1,…,m^t};

- T^learn - цільові компетенції, які необхідно вивчити для досягнення НЦ;

- {Ses_i} - сеанс навчання (СЕН), визначається параметрами (час початку), (час закінчення), (цільові компетенції), (результати навчання СЕН);

- T^result - загальні результати навчання , i=1,.,n^LP;

- PG - педагогічна стратегія, яка визначає метод навчання для СУ;

- P^port - навчальне портфоліо СУ {, i=1,…,m^p}, де - навчальні роботи.

У моделі НЦ задається навчальна ситуація (НС), що представляє собою сукупність умов, які визначаються поточними професійними, соціальними та індивідуальними потребами СУ, та визначають результат навчання на множині компетенцій. За результатами проведеного аналізу етапів професіоналізації фахівців була задана класифікація НС, що відповідають задачам професійної кваліфікації, трансформації фахівця в професіонала, перекваліфікації на основі вже придбаних професійних компетенцій. Було визначено 5 класів НС S_i (i=1,5) (табл. 1), де C^person - початкові компетенції СУ, C^learn - цільові компетенції, C^new - нові компетенції, ML ^current - існуючий рівень оволодіння посадою, ML^new - новий рівень оволодіння посадою.

Таблиця 1. Навчальні ситуації

Навчальна ситуація	Опис
S1 - оновити Cperson з ML current	S1 (C)= ML current (Cperson)
S2 - оновити Cperson відповідно до ML new	S2 (C) = ML new (Cperson)
S3 - придбати Cnew	S3 (C) = Cnew
S4 - оновити Cperson та придбати Cnew
S5 - оновити Cperson відповідно до MLnew та придбати Cnew

Відповідно для кожної описаної НС був запропонований алгоритм знаходження об'єднаної таксономії цільових компетенцій T^learn:

для S₁ : T^learn=, ML^new= ML^current;

для S₂ : , ML^new>ML^current, де ML^new(T^prof) - таксономія компетенцій посади з рівнем оволодіння ML^new, яка отримується шляхом злиття ключових таксономій (j=1,..,n^prof) - ML^new(T^prof)=Meth_Con (, j=1,..,n^prof);

для S₃ : ;

для S₄ : ;

для S₅ : , ML^new>ML^current.

Для організації та підтримки професійного самонавчання запропоновано алгоритм побудови індивідуального навчального курсу, що складається з наступних кроків: інформаційний інернет алгоритмічний

Крок 1. Ідентифікація СУ. Шляхом попереднього опитування реєструється новий користувач системи та відповідно до моделі СУ (МСУ) створюється його персональний запис ML_i. Якщо користувач вже зареєстрований, то створюється новий СЕН Ses_j.

Крок 2. Формулювання НЦ - LG_i=<Prof, S, C_r>, 1? i?n^users. Для задання Prof_i (i=1,..,k), S_i (i=1,5) та критерію C_r досягнення НЦ використовується МСУ.

Крок 3. Пошук індивідуального маршруту навчання . Для знаходження необхідно розв'язати задачу пошуку такої упорядкованої послідовності цільових компетенцій (i=1,…,m), що мінімізує векторний критерій F=(f₁, -f₂, -f₃, -f₄) на заданій множині допустимих маршрутів навчання M_i, де f₁ - загальний час навчання, f₂ - пріоритетність компетенцій, f₃ - кількість освоєних компетенцій, f₄ - рівень освоєння компетенцій. Отже, треба знайти такий , що веде до найкращого досягнення LG=<S, R, Prof> з найменшими витратами ресурсів - .

Для вирішення цієї задачі було використано метод аналізу ієрархій (МАІ), де головною метою було задано вирішення задачі навчання LG*. Як критерії виступили загальний час навчання Т (f₁), пріоритетність компетенцій РС (f₂), кількість освоєних компетенцій NC (f₃), рівень освоєння компетенцій CC (f₄). В якості альтернатив були взяті маршрути навчання M_i. На першому етапі застосування МАІ проводиться опитування СУ для встановлення пріоритетів критеріїв навчання, їх попарне порівняння та будуються матриця попарних порівнянь {} (i,j=1,..,4) значимості критеріїв для загальної мети, вектор пріоритетів (ВП) критеріїв та відношення погодженості (Впог).

Для дослідження впливу зазначених критеріїв на альтернативні маршрути навчання були розроблені правила побудови матриць порівнянь значимості для кожного критерію. Так, наприклад, для визначення елементів матриці порівнянь{} за критерієм f₂ (пріоритетність компетенцій РС) спочатку визначається пріоритетність компетенцій РС_i для кожного маршруту M_i, (i=1,..,s), (, p_j1, де m_i - кількість компетенцій у маршруті M_i), максимальна пріоритетність РС_max{РС_i, i=1,..,s} та коефіцієнт оцінювання РС^оц. Елементи матриці {a_ij} визначаються за правилами:

якщо , де , то a_ij=1;

якщо та , то ;

якщо та , то .

На останньому етапі МАІ будується підсумковий вектор пріоритетів (ПВПог), оцінюється кожний його елемент та визначається індивідуальний маршрут навчання (максимальне значення елемента ПВПог).

Крок 4. Вибір навчальних ресурсів. Згідно з отриманим відповідно до методу поєднання навчальних ресурсів, що базується на моделі повторного використання навчального вмісту, генерується індивідуальний дистанційний навчальний курс для навчання професійним компетенціям.

Четвертий розділ присвячено опису проектування та програмній реалізації інформаційної технології підтримки СН, що базується на КП, у вигляді комп'ютерної системи підтримки самостійного навчання (КСПСН). Розроблена інформаційна модель системи, яка була описана за еталонною моделлю LTSA, що забезпечує потенційне розширення та нарощення функційності системи.

Детально представлена структура системи, описані категорії та граф наслідування властивостей користувачів, обгрунтовано рішення застосування технології інформаційних Веб-порталів та інтелектуальних агентів для розробки КСПСН. Запропоновано архітектуру освітнього порталу та виділено класи агентів підтримки сервісів порталу.

Розроблена інформаційна технологія підтримки самостійного навчання, що базується на КП, була програмно реалізована у вигляді пакета прикладних програм, за допомогою якого було розроблено декілька підсистем КСПСН, а саме: підсистема розробки компетенцій та генерації навчальних курсів «Object Orchestrator»; підсистема розробки тестів «Конструктор тестів v1.0»; репозиторії компетенцій та таксономій ключових компетенцій для 7 предметних областей. Відповідно до моделі КП та моделі компетенцій було розроблено сімейство дистанційних курсів, що застосовуються для підготовки та підвищення кваліфікації спеціалістів в області застосування ІКТ в освіті.

Створений на основі запропонованої інформаційної технології та випробуваний дистанційний навчальний курс для дисципліни «Іноземна мова». Експерименти були проведені за участю студентів та викладачів, загальною чисельністю 137 чоловік. Із числа студентів були сформовані дві рівні за успішністю групи. Формування груп проводилося на основі попередньо розрахованого середньозваженого балу успішності за спеціальними дисциплінами. За допомогою критерію однорідності було доведено, що перед проведенням експерименту групи були статистично нерозрізнені за успішністю (на рівні вірогідності 95% за t-критерієм Ст'юдента). Був проведений педагогічний експеримент, у ході якого заняття в експериментальній групі проводилися з використанням створеного дистанційного курсу на основі компетенцій, а в контрольній - за традиційним комп'ютерним курсом для даної дисципліни. Отримані компетенції оцінювались за п'ятибальною шкалою. Застосування статистичного G-критерію знаків до результатів вихідного тестування показало, що в експериментальній групі був отриманий істотний приріст (20%) середнього оцінного показника щодо показників контрольної групи.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-практична задача розробки моделей та інформаційної технології підтримки самостійного навчання, що базується на компетентнісному підході. Основні результати роботи полягають у наступному:

- за розробленою методикою оцінювання ступеня підтримки СН було проведено аналіз існуючих КСПН. Аналіз показав, що СН стає соціальним явищем і процесом, яке потребує нових гнучких освітніх технологій та систем для його підтримки. Показано, що основою застосування сучасних ІКТ в підготовці спеціалістів має бути КП;

- розроблені методологічні засади розробки інформаційної технології підтримки самостійного навчання, що базується на КП, а саме: загальна схема самостійного навчання; модель компетенцій для представлення та оперування ними в системі та метод злиття таксономій компетенцій, що належать до різних предметних областей;

- розроблені алгоритмічні засади розробки інформаційної технології підтримки самостійного навчання, що базується на КП, а саме: алгоритм знаходження об'єднаних таксономій цільових компетенцій для різних навчальних ситуацій та алгоритм побудови навчального курсу, що базується на методі пошуку індивідуального маршруту навчання професійним компетенціям за допомогою МАІ;

- розроблена інформаційна технологія для підтримки самостійного навчання, яка була програмно реалізована у вигляді пакета прикладних програм, що включає підсистему розробки компетенцій та генерації навчальних курсів «Object Orchestrator»; підсистему розробки тестів «Конструктор тестів v1.0»; репозиторії компетенцій та таксономій ключових компетенцій для 7 предметних областей. Відповідно до моделі КП та моделі компетенцій було розроблено сімейство дистанційних курсів, що застосовуються для підготовки та підвищення кваліфікації спеціалістів в області застосування ІКТ в освіті;

- проведено статистичний аналіз експериментальних даних результатів впровадження методологічних положень та інформаційних ресурсів розробленої автором Інтернет-технології. Отримані результати впроваджено в навчальний процес Національної Академії Оборони України на кафедрі „Іноземних мов”, Одеського регіонального інституту державного управління НАД України при Президентові України, Івано-Франківського інституту менеджменту та економіки „Галицька академія”, що дозволило підвищити якість підготовки фахівців.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Войченко О.П. Проблеми і перспективи розвитку методології створення відеофрагментів навчального призначення для підтримки дистанційної освіти з використанням мультимедіа / О.П. Войченко, О.В. Данилова, А.Ф. Манако, В.В. Манако, К.М. Синиця // Вісник Вінницького політехнічного інституту. Наук. журн. - 2002. -№ 6. - С. 98-101.

2. Войченко О.П. Перспективні засоби систем контролю та керування знаннями студентів в навчальних інформаційних продуктах на базі засобів комп'ютерних телекомунікацій / О.П. Войченко, О.В. Данилова, А.Ф. Манако, В.В. Манако // Вісник вінницького політехнічного інституту. Наук. журн. - 2003, № 3 (48). - С. 92-97.

3. Данилова О.В. Использование агентных технологий при построении ЦДО / О.В. Данилова, А.П. Войченко // УСиМ. - 2003. - № 5. - С. 176-183.

4. Данилова О.В. Принципи побудови та функціональна модель інформаційної інтелектуальної адаптивної системи підтримки наукової діяльності здобувачів наукового ступеню / О.В. Данилова // Системні технології. Регіональний міжвузівський зб. наук. пр. Вип. 2 (31). - Дніпропетровськ, 2004. - С. 73-82.

5. Данилов В.Я. Теоретичні засади створення освітніх порталів та досвід розробки тематичного порталу із туриської статистики / В.Я. Данилов, О.В. Данилова // Наук. пр. МДГУ ім. П. Могили. Комп'ютерні технології, системний аналіз, моделювання. - 2004. - № 1, Т. 35, Вип. 22. - С. 171-189.

6. Данилова О.В. Створення та використання багатокомпонентної моделі компетенцій для професійного навчання / О.В. Данилова // Наук. пр. МДГУ ім. П. Могили: Науково-методичний журнал. -Т. 68, Вип. 55. Комп'ютерні технології. - Миколаїв, 2007. - С. 176-183.

7. Данилова О.В. Многокритериальный подход выбора оптимальной траектории обучения на основе использования модели компетенции / О.В. Данилова // УСиМ. - 2008. - № 1. - С. 13-18.

8. Данилова О.В. Метод слияния таксономий учебных компетенций для поиска оптимального маршрута обучения при компетентностном подходе / О.В. Данилова // УСиМ. - 2009. - № 2. - С. 15-22.

9. Danylova O. English skills for staff officers: collaborative development of the distance course / P. Garza, B. Mihalka, K. Synytsya, O. Voychenko // Information and Security. An international j., Sofia, 2004. - Vol. 14. - P. 32-44.

10. Данилова О.В. Модель обучаемого в системе индивидуально-ориентированного обучения / О.В. Данилова // Автоматика 2005: матеріали 12-ї Міжнар. конф. з автоматичного управління. - Х., 2005. - С. 55-57.

11. Данилова О.В. Объектно-ориентированная технология создания учебных курсов «Objects Orchestrator» / О.В. Данилова, А.Ю. Подгорнов, К.М. Синиця, Ю.В. Степаненко // Міжнар. конф. «Теоретичні та прикладні аспекти побудови програмних систем» TAAPSD'2005, 7-9 грудня 2005. - К. - С. 106-109.

12. Данилова О.В. Создание системы поддержки самостоятельного обучения / О.В. Данилова // Единое информационное пространство // Сб. докл. III-й Междунар. науч.-практ. конф. - Днепропетровск: УГХТУ-ИТМ, 2005. - С. 21-22.

13. Danylova O. Multi-facets competency model / О. Danylova // 1-st Int. Conf. New Information Technologies in education for all. Proceedings. ITEA-2006, Ukraine, IRTC. - P. 187-190.

14. Войченко О.П. Применение современных информационных технологий при реализации программы повышения квалификации преподавательского состава / О.П. Войченко, О.В. Данилова // Современные проблемы информатизации в информационных системах и телекоммуникациях: Сб. тр. - Воронеж: Издательство «Научная книга», 2006. - Вып. 11. - С. 319-320.

15. Данилова О.В. Моделі та методи керування компетенціями в системі підтримки професійного навчання / О.В. Данилова // Наук.-методичний семінар «Перспективні технології навчання та освітні простори». - К., 2007. - С. 96-100.

16. Danylova O. A competence-based approach to the design of the online English course / O. Danylova, K. Synytsya, D. Martynov, D. Vovk // 31st International Convention MIPRO. May 26-30, 2008 - P. 187-191.

17. Данилова О.В. Использование компетентностного подхода при создании учебного он-лайн курса ELTEC [Електронний ресурс] / О.В. Данилова, К. М. Синица, Д.В. Мартынов // Educational Technology & Society, 2008. - № 11(3).

Анотація

Данилова О.В. Моделі та інформаційна технологія підтримки самостійного навчання, що базується на компетентнісному підході. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - інформаційні технології. - Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій та систем, Київ, 2009.

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-практична задача розробки моделей та інформаційної технології підтримки самостійного навчання, що базується на компетентнісному підході (КП). Проведений аналіз існуючих комп'ютерних систем підтримки навчання щодо підтримки самостійного навчання. Розроблені методологічні та алгоритмічні засади створення інформаційної технології підтримки самостійного навчання, що базується на КП, а саме: загальна схема самостійного навчання; модель компетенцій та метод злиття таксономій компетенцій, що належать до різних предметних областей; алгоритм знаходження об'єднаних таксономій цільових компетенцій для різних навчальних ситуацій та алгоритм пошуку індивідуального маршруту навчання професійним компетенціям, що базується на МАІ. Запропонована Інтернет-технологія для підтримки самостійної навчальної діяльності на основі розроблених математичної моделі й алгоритмів.

Ключові слова: компетентнісний підхід, самостійне навчання, компетенція, інформаційна технологія, комп'ютерна система підтримки самостійного навчання.

Аннотация

Данилова О.В. Модели и информационная технология поддержки самостоятельного обучения, базирующегося на компетентностном подходе. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - информационные технологии. - Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем, Киев, 2009.

В работе представлены результаты анализа тенденций развития технологий дистанционного обучения в Украине и в других странах для определения уровня поддержки самостоятельного обучения (СО) при различных формах компьютерного непрерывного обучения. Анализ показал, что СО становится социальным явлением и процессом, требующим новых гибких образовательных технологий и систем для его поддержки. При этом отсутствуют методологические и методические основы разработки и применения информационных технологий для формирования, обновления и расширения профессиональных компетенций при СО.

Была разработана общая схема СО, позволяющая реализовать на практике концепцию СО, в соответствии с которой обучаемый является управляющим объектом, а не выступает объектом управления, как при традиционном обучении с преподавателем. В соответствии с предложенной схемой СО была разработана методика оценивания степени поддержки СО, которая была применена для анализа 43 самых известных компьютерных систем поддержки обучения. Было установлено, что все рассмотренные системы ориентированы на поддержку обучения в традиционной форме, что подтвердило необходимость создания новых информационных технологий для поддержки профессионального СО, которое управляется обучаемым и базируется на компетентностном подходе (КП).

Также было установлено, что современный опыт внедрения КП касается лишь аудиторного обучения, при этом КП в дистанционном обучении практически не применяется; отсутствует систематизация существующих профессиональных компетенций и средств описания и управления компетенциями, базирующихся на информационных технологиях; отсутствуют электронные учебные ресурсы для обеспечения КП. Для решения указанных проблем была разработана модель компетенции и предложен метод слияния таксономий компетенций. Модель компетенции включает следующие элементы: описание компетенции (название, информация о содержании компетенции, предметная область, критерии достижения), структура (внутренняя структура компетенции и ее взаимосвязь с другими компетенциями в иерархии), степень сложности (возможные уровни сложности при владении данной компетенцией), ЗСУ (знание, способности, умения), жизненный цикл компетенции.

Разработаны методологические принципы разработки информационной технологии поддержки СО, базирующегося на КП, а именно: модель компетенций и метод слияния таксономий компетенций, принадлежащих к различным предметным областям. Разработаны алгоритмические принципы создания информационной технологии поддержки СО, базирующегося на КП, а именно: алгоритм поиска объединенных таксономий целевых компетенций для различных учебных ситуаций и алгоритм построения индивидуального маршрута обучения профессиональным компетенциям, базирующийся на методе анализа иерархий, где в качестве критериев были выбраны общее время обучения, приоритетность компетенций, количество освоенных компетенций и уровень освоения компетенций, а также алгоритм посторения индивидуального учебного курса.

Разработана информационная технология для поддержки самостоятельной учебной деятельности, которая реализованная в виде пакета прикладных программ, включающего подсистему разработки компетенций и генерации учебных курсов «Object Orchestrator»; подсистему разработки тестов «Конструктор тестов v1.0»; репозитории компетенций и таксономий ключевых компетенций для 7 предметных областей.

Ключевые слова: компетентностный подход, самостоятельное обучение, компетенция, информационная технология, компьютерная система поддержки самостоятельного обучения.

Abstract

Danylova O.V. Models and Information Technology of Competency-based Self-learning Support. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 05.13.06 - information technologies. - International Research and Training Center for Information Technology and Systems, Kiev, 2009.

In the dissertation models and self-learning competency-based information technology development are considered. The 43 learning management systems have been analyzed for self-learning support options and classification of support levels is designed.

Methodological and algorithmical framework of self-learning competency-based information technology development has been suggested. In accordance with the self-learning model and competency model, a competency' taxonomy aggregation method have been developed. Based on this method the individual competency-based learning path designing algorithm has been suggested. The competency' taxonomy combination algorithm for different learning tasks has been created.

Internet-based technology for self-learning support has been designed. It includes competency and learning content management system «Object Orchestrator»; learning tests development system «Tests constructer v1.0»; learning strategies, professional competencies and competency' taxonomy repositories.

Key words: competency approach, self-learning, competency, information technology, self-learning management system.

Размещено на Allbest.ru