Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Педагогические науки
Общая педагогика, история педагогики и образования

Диссертационная работа:

Покалицына Ольга Васильевна. Интеллектуальная обучающая система как средство повышения качества обучения в современной школе : дис. ... канд. пед. наук : 13.00.01 Карачаевск, 2006 187 с. РГБ ОД, 61:07-13/846

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ ;

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА
ОБРАЗОВАНИЯ В СРЕДНЕЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ НА
ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ОБУЧАЮЩЕЙ
СИСТЕМЫ
її

  1. Необходимость применения современных информационных технологии в образовательном процессе її

  2. Сущностные характеристики современных обучающих средств и факторы повышения эффективности образовательного процесса при применении обучающей системы 41

  3. Интеграция обучающей системы в образовательный процесс средней школы 5:

1.4 Разработка информационно-логической и структурной модели
обучающей системы 5!

Выводы по первой главе 9!

ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА ПО
ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОБУЧАЮЩЕЙ
СИСТЕМЫ С ЭЛЕМЕНТАМИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
10

2.1 Программная реализация обучающей системы с элементами
искусственного интеллекта 10:

  1. Состав и функции основных модулей обучающей системы Id

  2. Параметризация обучающей системы 11

  3. Разработка системы защиты и дизайн обучающей системы 11

2.2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРАБОТАННОЙ ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ С
ЭЛЕМЕНТАМИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
11

  1. Подготовка тестовых заданий в соответствии с теорией тестирования и проведение эксперимента 11

  2. Экспертная оценка качества учебного процесса 13;

Выводы по второй главе 14'

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 15

ПРИЛОЖЕНИЯ 17

Введение к работе:

Развитие и широкое применение информационных технологий является глобальной тенденцией мирового развития и научно-технической революцией последних десятилетий.

Современное общество характеризуется интенсивным участием в процессе информатизации. Информатизация общества - это глобальное социальное явление, которое характеризуется накоплением, обработкой, хранением, передачей и использованием информации.

Сегодня информатизация как технико-технологическая база становления информационного общества выступает национальным стратегическим ресурсом, определяющим не только общий уровень социального и культурного развития государства, но и его место в глобальном процессе мирового развития. Основной задачей системы образования является удовлетворение потребностей государства в выполнении социального заказа. Современные запросы влекут за собой непрерывное совершенствование учебного процесса, поэтому процесс обучения должен быть достаточно гибким для быстрой адаптации к меняющимся требованиям. Одним из средств, способствующих повышению качества подготовки учащихся и формированию соответствующей образовательной среды, являются новые информационные технологии обучения, базирующиеся на применении обучающих систем с элементами искусственного интеллекта. При разумной организации они интенсифицируют процесс обучения, обеспечивают формирование глубоких знаний, выработку прочных умений и твердых навыков, а также вносят свой вклад в процесс воспитания учащихся.

В настоящее время процесс обучения, основанный на опыте и интуицш работников средней школы, нуждается в серьезном совершенствовании і научном обосновании принимаемых решений. Это особенно актуально і условиях все возрастающих требований к подготовке учащихся, необходимості частого обновления учебных планов и учебно-методического обеспечения необходимости повышения качества учебного процесса в условия:

4 современной России. Необходим поиск новых подходов, обеспечивающий целесообразную перестройку системы образования с учетом жизненных реалий.

Наиболее перспективными средствами разрешения этих проблем являются инструментальные системы, которые принято называть обучающими системами с элементами искусственного интеллекта [31,32,50,64,106].

К основным достоинствам данных обучающих систем относятся:

возможность использования преимуществ индивидуального обучения;

обучение навыкам самостоятельной работы;

освобождение учителя от рутинной работы;

возможность использования и тиражирования передового педагогического опыта;

возможность индивидуальной адаптации курса обучения к потребностям обучаемых или условиям обучения.

Многие аспекты применения интеллектуальных обучающих систем разрабатывались педагогами, психологами, специалистами в области информационных технологий: основополагающие проблемы теории педагогических систем и инновационных процессов в образовании (П.Я.Гальперин, В.В.Давыдов, М.И.Махмутов и др.), вопросы разработки кибернетической теории обучения и создание автоматизированного обученш (Ю.К.Бабанский, В.П.Беспалько, А.И. Берг, В.М. Глушков, Н.Ф.Талызина Н.Д.Никандров, И.Я.Лернер и др.); исследования, связанные с созданием і использованием в учебном процессе обучающих средств с элементам* искусственного интеллекта, проведены Н.П.Брусенцовым, П.Л Брусиловским. В.А. Петрушиным и др.

В исследованиях российских ученых (А.А.Андреева, Н.В.Апатова Е.И.Машбиц, Е.С.Полат, И.П.Норенкова и др.) сформулированы общиі принципы построения обучающих систем, определены основные направление их применения в образовании. Но при этом они не учитывают особенностеі функционирования средних общеобразовательных школ.

Системный подход к созданию обучающих систем нового уровня для эффективного обучения учащихся дает возможность рассматривать все компоненты современных обучающих систем в тесной взаимосвязи с требованиями социального заказа к выпускнику средней школы. Попытки моделировать учебный процесс помогают подойти к нему как к сложной динамической системе и учесть те возможности, которые открывает применение компьютерных средств обучения. В исследовании учебного процесса модель выступает как важнейшее средство наглядного представления связей и отношений его компонентов. Соответственно для организации и научного исследования учебного процесса средней общеобразовательной школы моделирование становится все более насущно необходимым. Постоянно корректируемая модель должна являться исходным этапом и необходимым условием для построения обучающей системы с элементами искусственного интеллекта.

Модели позволяют находить оптимальные структуры процессе обучения, исходя из поставленной цели. Средствами оптимизации обучение являются: отбор содержания обучения и установление последовательности пр* изучении дисциплины, прочных связей и взаимоотношений между предметами и видами обучения. Чем теснее и глубже эта связь, тем выше уровень научной і профессиональной подготовки учащихся.

Анализ научной литературы и исследований в данном направленні позволил выявить наличие следующих противоречий, которые имеют место 1 современном процессе обучения в подавляющем большинстве средни: общеобразовательных школ:

  1. Между экспоненциальным ростом информации, определяющей содержани образования с ограниченным временем обучения и возможностям] субъектов образовательного процесса.

  2. Между качеством подготовки учащихся и потребностями и ожиданиям: общества.

  1. Образовательный процесс современной школы должен основываться на широком использовании возможностей информационной образовательной среды, для формирования которой требуется активная работа педагогов по подготовке электронных образовательных ресурсов. В то же время недостаточно проработаны принципы создания таких учебно-методических материалов нового поколения.

  2. Между качеством обучения путем проверки соответствия требований к подготовке выпускников уровневым стандартам знаний и путем выявления пробелов в подготовке учащихся.

  3. Между сложившейся традиционной системой образования, включающей в себя как одну из составляющих форму массового обучения, и его индивидуализацией.

  4. Между подготовкой учащихся в средних общеобразовательных школах в соответствии с государственными стандартами и обеспечением функционирования образовательного процесса с учетом индивидуальных особенностей и возможностей учащихся.

Исходя из этого, проблема исследования может быть сформулирована следующим образом: каковы структура и содержание обучения в современных условиях при использовании обучающих систем с элементами искусственногс интеллекта для повышения качества обучения в средних школах в целя> подготовки учащихся, соответствующих социальному заказу.

Объектом исследования является структура и технология созданш интеллектуальной обучающей системы и обучающей системы и её практическая реализация.

Предметом исследования является анализ качества обучения в средни) общеобразовательных школах с использованием обучающей системы, которая предоставляет новые возможности организации учебного процесса, повышена эффективности процесса обучения и улучшение его качества, интеграции обучающей системы с элементами искусственного интеллекта ] образовательный процесс.

Целью работы является разработка и формирование информационно-логической и структурной модели обучающей системы, включающей в себя модель предметной области, модель обучаемого, модель системы знаний обучаемого, стратегию оценки системы знаний обучаемого.

Гипотеза исследования состоит в предположении, что внедрение в образовательный процесс средней школы обучающей системы с элементами искусственного интеллекта обеспечит его совершенствование с целью повышения качества обучения, если:

обучающая система спроектирована как адаптивная система, ориентированная на обеспечение дифференцированного подхода к обучаемым в зависимости от уровня их подготовленности и исследовании возможности контроля знаний учащихся с использованием специально разработанных моделей предметной области, обучаемого и системы его знаний;

преподавателям предоставлена возможность активно участвовать в проектировании и актуализации индивидуальных образовательных траекторий, что обеспечивает личностноориентированный подход к организации процесса обучения;

формирование информационной образовательной среды школы осуществлено на основе системной интеграции обучающих компьютерных технологий и сложившихся педагогических опыта, знаний, традиций.

В соответствии с целью, объектом, предметом и гипотезой исследованш были поставлены следующие задачи исследования:

на основе теоретического анализа научно-методической и психолого' педагогической литературы уточнить классификацию образовательны? программных средств, применяемую в образовательном процессе средней учебного заведения; провести анализ существующих обучающих систем і тенденций их развития;

исследовать и обосновать с педагогических позиций структур} обучающей системы с элементами искусственного интеллекта и ее роль ]

8 совершенствовании образовательного процесса, рассматривая её как адаптивную систему;

определить взаимосвязи и функциональные характеристики ее элементов, разработать необходимые компоненты для создания многофункциональной обучающей системы, позволяющей решать разноплановые задачи и реализовывать различные технологии обучения в зависимости от индивидуальных особенностей и требований пользователя;

выполнить практическую реализацию многофункциональной обучающей системы;

экспериментально проверить эффективность моделей предметной области, обучаемого, системы знаний на основе построения оптимальных образовательных траекторий учащихся, обеспечивающих повышение качества обучения.

Методологической основой исследования явились: современные гуманистически ориентированные философские, психологические и педагогические концепции; концептуальные положения о деятельностной и творческой сущности личности и ее многофакторном развитии; аксиологический подход, рассматривающий человека как высшую ценность; фундаментальные положения общей педагогики; концепции информатизации общества и сферы образования; научно-исторический подход к изучению феномена «информационная технология».

Теоретическую основу исследования составили: концепции целостного подхода к формированию учебной деятельности учащихся (Ю.К.Бабанский. П.Я. Гальперин, Л.В.Занков, В.В. Краевский, И.Я. Лернер, А.М.Матюшкин, М.И.Махмутов, М.Н.Скаткин, Н.Ф.Талызина и др.); теории проектирования педагогических технологий (В.С.Безрукова, В.П. Беспалько, В.И.Боголюбов. И.Я.Зимняя, М.В.Кларин, В.Ю.Питюков, Г.К.Селевко, С.А.Смирнов, и др.): научные работы по проблемам использования информационные технологий е учебном процессе (Ю.С.Брановский, В.И.Гриценко, В.А.Извозчиков. А.П.Ершов, И.Г.Захарова, Ю.А.Кравченко, С.В.Монахов, Е.С.Полат,

9 И.В.Роберт, В.А.Трайнев и др.); проблемы информатизации образования (Д.Б.Богоявленский, А.Г.Кушниренко, В.А.Сластенин и др.); теоретические и методические основы формирования информационной культуры учащихся (В.А. Виноградов, Г.Г.Воробьев, М.Г.Вохрышева, Н.И.Гендина, А.А.Гречихин, Г.А.Жаркова, Н.Б.Зиновьева, Ю.С.Зубов, Г.М.Клименко, С.М.Конюшенко, Б.А.Семеновкер, Э.П.Семенюк, Л.В.Скворцов, И.Г.Хангельдиева и др.); общая теория обучения (Ю.К.Бабанский, В.И.Загвязинский, И.Я.Лернер и др.), теория моделирования учебного процесса (Ю.К.Бабанский, В.П.Беспалько, Е.И.Машбиц, М.В.Кларин и др.), принципы формирования информационной среды учебных заведений (А.А.Андреев, Ю.Н.Афанасьев, В.В.Рубцов. И.К.Шалаев и др.)

Методы исследования:

теоретические - изучение и анализ научной литературы в области педагогики, обучающих систем, информационных технологий; аналитически!: метод оценки качества организации образовательного процесса с использованием обучающей системы; методы новых информационны? технологий; в разработке программного обеспечения использоваласі технология объектно-ориентированного программирования;

экспериментальные - опытно-экспериментальная работа, изучение процесса обучения в ходе самостоятельной работы учащихся, наблюдений зі учащимися, проведение анкетирования и его анализ, бесед с учителями проведения и анализа тестирования учащихся; планирование, подготовка проведение эксперимента и анализ его результатов;

статистико-математические методы по обработка

экспериментальных данных, методы системного анализа, теории множеств теории графов, теории оптимизации, эконометрики, а также метод экспертны: оценок.

База исследования:

10 Основной базой исследования является учебный процесс в средних общеобразовательных школах №5, №1, №17 Г.Кропоткина Краснодарского края и НОУ СПО «Юридический техникум Г.Кропоткина». Научная новизна исследования состоит в том, что:

предложена собственная типология компьютерных средств обучения (однофункциональные и многофункциональные программные средства учебного назначения) в зависимости от числа реализуемых функций и их назначения;

дано определение интеллектуальной обучающей системы как совокупности технических, алгоритмических, программных и информационно-методических средств, предназначенных для реализации адаптивногс обучающего диалога, поиска и обработки учебной информации и для организации качественного процесса обучения;

разработана структурно-функциональная модель учащегося, содержащая инвариантную и специфичную компоненты, использование которое обеспечивает целенаправленный характер формирования профиля пользователз при применении обучающей системы;

определены и функционально обоснованы необходимые компонента обучающей системы (подсистема управления обучением, подсистем; тестирования, подсистема ознакомления с предметной областью), позволяющее решать разноплановые задачи и реализовывать различные технологии обучение в зависимости от индивидуальных особенностей и требований пользователя;

разработана модель формирования оптимальных планов изучени дисциплины на основе иерархической семантической сети; модель обучаемого обеспечивающая возможность учета его характеристик и выбора стратеги] управления процессом обучения;

построены модели тематической и итоговой оценки контроля знанні учащихся. Тематический контроль реализует алгоритм адаптивног тестирования, при котором изменяется модель обучаемого и предоставляемы при тестировании вопросы. Оценка знаний при итоговом контрол

осуществляется путем сравнения построенной в процессе обучения модели системы знаний обучаемого и эталонной моделью структуры предмета.

Теоретическая значимость исследования состоит в том, что разработана авторская классификация образовательных программных средств, созданная на базе выделения количества основных реализуемых в учебном процессе функциональных возможностей; уточнено содержание понятия «интеллектуальная обучающая система», обосновано значение применения обучающей системы для подготовки учащихся средних общеобразовательных школ; разработан подход к обучению, позволяющий повысить качестве обучения при реализации стратегии оптимального автоматизированногс обучения путем использования в учебном процессе обучающих систем с элементами искусственного интеллекта.

Практическая значимость исследования обуславливается четкс выраженной потребностью в совершенствовании и разработке новы> технологий обучения в условиях перехода к непрерывному образованию и егс информатизации. Она заключается в том, что полученные результаты пс формированию моделей предметной области и оценки знаний могут был использованы при разработке обучающих систем с элементами искусственной интеллекта для достижения оптимального управления процессом обучения Материалы диссертационного исследования могут быть также использованы і разработке методик при проведении социологических исследований новьп форм обучения.

Сформированная на основе данных результатов работы обучающая система внедрена в юридическом техникуме и железнодорожном училищі Г.Кропоткина и представляет собой программно-методическое обеспечениі занятий по информатике. Определена её роль и место в учебном процессе разработаны основы методики использования данного программного средств; при проведении занятий, организации самостоятельной работы, подготовка результатов тестирования и их анализу с использованием ЭВМ. Применен» обучающей системы позволило снизить затраты на организацию и проведени

12 учебных мероприятий, перераспределить нагрузку преподавателей с рутинной на творческую, повысить оперативность обеспечения учебного процесса учебно-методическими средствами при изменении структуры и содержания обучения, следствием чего является увеличение мобильности системы образования.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивалась опорой на методологию исходных теоретических позиций, применением различных методов исследования, адекватных природе изучаемого феномена и соответствующих цели и задачам исследования, соблюдением требований технологии педагогического исследования устойчивой повторяемостью фактов, сочетанием и взаимопроверкой результатов, репрезентативностью опытно-экспериментальных данных.

Положения, выносимые на защиту:

  1. Классификация образовательных программных средств, предназначенные для использования в средних учебных заведениях выглядит следующил образом: однофункциональные и многофункциональные программные средств* учебного назначения. В качестве их классификационных признаков выступаю-основное назначение и число ведущих функций.

  1. Интеллектуальная обучающая система представляет собой совокупност] связанных в единое целое технических, программно - алгоритмических, і информационно-методических средств, предназначенных для реализацш адаптивного обучающего диалога, поиска и обработки учебной информации і для организации качественного процесса обучения. Интеллектуальна обучающая система осуществляет подготовку обучаемого на основе моделі предметной области, модели обучаемого, модели контроля системы знанні обучаемого и настройки на требования преподавателя общеобразовательно] школы.

  2. Индивидуализация обучения является одним из факторов повышени качества обучения. Индивидуальный подход к каждому учащемус обеспечивает адаптивностью обучающей системы, которая осуществляется н

13 основе изменения параметров управления учебном процессом, изменения параметров модели обучаемого и модели контроля системы знаний обучаемого. Реализация функционирования подсистем, входящих в структуру обучающей системы, основана на данных моделях.

  1. Формирование многокомпонентной модели обучаемого позволяет осуществить адаптацию обучающей системы к конкретному обучаемому, Поэтому она должна включать в себя сведения о цели обучения; о знания* обучаемого в рамках изучаемого предмета (текущее состояние процессе обучения); об особенностях подачи учебных материалов и выбора контрольны? заданий и вопросов.

  2. Модель предметной области должна отражать взаимосвязи понятий (тем' предметной области и может быть использована для определенш последовательности изучения тем и для получения целостного образа знаний относящихся к данной предметной области. Для её представления предложена модель, позволяющая объединить декларативные и процедурные знания і использовать для анализа модели предметной области аппарат теории графов.

  3. Контроль знаний обучаемого обеспечивает обратную связь и предназначеі для определения уровня знаний учащегося с целью организации эффективной управления обучением в целях повышения его качества. Применен» обучающей системы позволяет построить модель системы знаний обучаемого При тематическом контроле предложено применить базисные характеристики практическая реализация которых позволит повысить адаптивность системы При итоговом контроле вывод об уровне знаний обучаемого можно сделать п< степени сходства модели его системы знаний и эталонной модели структурЕ предмета.

  4. Организация контроля знаний с использованием обучающей системі базируется на тестовом множестве заданий по одной отдельно взятой учебно: дисциплине, которые характеризуются объективной оценкой тестовых заданий н валидность, надежность и дискриминативность. Методом экспертной оценки поел предварительного определения набора критериев показано, что качество учебног

14 процесса с применением обучающей системы в большей степени отвечает их требованиям и успех учебного процесса в большей степени зависит от использования электронных учебных материалов и методического обеспечения.

Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись на протяжении всего периода исследования, докладывались и обсуждались на:

LVII и LVIII Научной сессии, посвященной Дню радио (Российское научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им.А.С.Попова, май 2002,2003 г.Москва);

VII Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в промышленности и учебном процессе», (апрель 2004г., г.Арзамас);

XVI Международной конференции-выставке "Информационные технологии в образовании" (ноябрь 2006г., г.Москва);

научно-практичсеких конференциях филиала Московского государственного открытого университета (МГОУ ) «Информационные технологии в промышленности и учебном процессе» в Г.Кропоткине (май 2003г, май 2004г);

заседаниях педагогических советов школ и юридического техникума Г.Кропоткина.

Результаты исследования нашли отражение в научных статьях, тезисах докладов, опубликованных автором. Разработанная интеллектуальная обучающая система «Диалог» зарегистрирована в «Национальном информационном фонде неопубликованных документов» за №50200601359 и е отраслевом фонде алгоритмов и программ ФГНУ «Государственный координационный центр информационных технологий», что подтверждается свидетельством № 6601 и публикацией в газете «Инновации в науке к образовании» (№7 (18) июль 2006г.), а также в журнале «Компьютерные учебные программы и инновации» ((№12 2006г.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит и: введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы к

15 приложений. Общий объем 187 страниц машинописного текста, включая IS рисунков, 22 таблицы и 11 приложений. Список литературы включает Ш наименований.

Подобные работы
Бричев Олег Матвеевич
Система методов контроля как средство повышения качества обучения
Сорокина Елена Борисовна
Педагогические условия повышения качества обучения учащихся в школах нового типа
Спирина Наталья Владимировна
Повышение качества гуманитарного образования в школе естественнонаучного профиля обучения
Бакаев Истам Файзиевич
Совершенствование комплексного применения технических средств в условиях кабинетной системы обучения в средней школе
Тамошин Юрий Михайлович
Аттестация как средство повышения эффективности системы внеурочной воспитательной работы школы
Тихонова Людмила Павловна
Система контрольно-диагностических заданий как средство повышения качества познавательной деятельности в образовательном процессе
Сурчалова Лариса Владимировна
Междисциплинарные задачи как средство повышения качества обучения лицеистов (На примере изучения информатики и синергетики)
Гутрова Юлия Владимировна
Дифференцированно-групповая форма работы как средство повышения качества обучения школьников
Тарасов Михаил Александрович
Технологический подход к процессу обучения как средство повышения качества образования школьников
Найдёнова Людмила Викторовна
Педагогические условия развития у учащихся самостоятельности как качества личности (На материале обучения черчению в школе)

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net