Использование СДО МАИ CLASS.NET при проведении очных занятий по математическим дисциплинам с адаптированием системы под уровень знаний пользователей
, МАИ (НИУ), проф. каф.804,mai.ru,
, МАИ (НИУ), проф., зав. каф.804, mai.ru,
, МАИ (НИУ), ст. преп. каф.804, mai.ru,
, МАИ (НИУ), ст. преп. каф.804, mai.ru,
, МАИ (НИУ), магистрант, техник каф.804
, МАИ (НИУ), магистрант, техник каф.804
Номинация (номер и краткое название) | 4. ИКТ в обучении физико-математическим наукам, естественно-научным предметам |
Дата(-ы) проведения занятия | Осенний семестр 2015 года |
Общая продолжительность занятия (серии занятий / проекта и т. д.) | 24 семинара в течение учебного года |
Аудитория (участники) | Студенты 1-4 курсов |
Оборудование, необходимое для занятия, использование Интернет | Любое устройство с доступом в интернет и наличием веб-браузера |
Используемый учебник и/или дополнительные пособия | «Теория вероятностей и математическая статистика. Базовый курс с примерами и задачами». Под ред. , М.: Физматлит, 2002. |
Аннотация
В работе рассматривается применение в очном образовательном процессе системы дистанционного обучения СДО МАИ , разработанной специально для преподавания математических и технических дисциплин. Приведено краткое техническое описание, а также дидактические и методические особенности применения системы во время проведения очных занятий по курсу «Теория вероятностей и математическая статистика». Представлен план конкретного занятия с описанием результатов и поведения студентов и преподавателя во время процесса использования СДО. Обосновывается полезность систем, отвечающих парадигме адаптивного тестирования, применительно к использованию СДО в очном образовательном процессе.
Конспект (реферат)
Современное состояние системы образования и уровень развития информационных технологий (ИТ) диктуют необходимость создания электронных учебно-методических комплексов по всем дисциплинам, изучаемым в вузах. Круг возможностей таких комплексов должен быть достаточно широким, начиная с решения задач тестирования знаний, обучения студента основам дисциплины, контроля уровня освоения им материала перед очным экзаменом, и заканчивая выполнением функций упорядоченного хранения всей методической информации, формирования экзаменационных, контрольных билетов, домашних заданий и т. д. Разработка таких комплексов сопряжена с решением двух основных задач: первая состоит в развитии методической базы, то есть, методики отбора и структурирования учебного материала, формирования принципов оценки знаний и умений, сценариев использования методического комплекса, то есть создание современного электронного учебника, вторая – в разработке компьютерной оболочки, способной эффективно организовывать, согласно разработанным сценариям, функционирование методического комплекса и решать проставленные перед ним дидактические задачи.
К участию в конкурсе предлагается серия авторских электронных учебников и электронная управляющая оболочка к ним, образующие систему дистанционного обучения МАИ , активно используемую в МАИ с 2002г. СДО [1] предназначена для решения широкого спектра задач, возникающих в процессе обучения: предоставление теоретического материала в удобной для пользователя форме, тестирование пользователей, генерация индивидуальных заданий (с учетом требования одинакового уровня сложности всех индивидуальных вариантов), возможность проведения рубежного и итогового контроля со стороны преподавателя и т. д. Пользователю предлагается несколько курсов: «Теория вероятностей и математическая статистика», «Линейная алгебра и аналитическая геометрия», «Математический анализ» и другие.
Предложенные электронные учебники представляют собой многофункциональный инструмент обучения, способный решать целый ряд задач для различных категорий пользователей. С одной стороны, в дополнение к традиционным способам ведения педагогической деятельности, как средство организации самостоятельной работы студентов они способны существенно повысить эффективность усвоения предлагаемого к изучению материала. Это особенно важно в условиях перехода на новые образовательные стандарты (ФГОС), где вместе с уменьшением аудиторных часов, соответствующим традиционным формам организации обучения, все большее внимание уделяется самостоятельной работе студентов. С другой стороны, электронный учебник можно рассматривать как специально организованную базу контента, способную оказать существенную методическую помощь использующим его в учебном процессе преподавателям. Более того, с использованием средств СДО преподаватель может осуществлять различные формы очного и заочного контроля знаний пользователей, анализировать статистику их работы и повышать мотивацию учащихся.
Структура предлагаемых электронных учебников одинакова. Основу контента учебника составляют теоретическая часть и система задач, включающая тестовые задания, задания для самоообучения и контролирующие задания. Теоретическая часть всех учебников издана в виде специально структурированного под гипертекст методического пособия или учебника в издательстве ФИЗМАТЛИТ [2, 3, 4].
Тестовые задачи – самая простая форма контроля, которая используется в СДО. Цель использования данных задач – оценка степени освоения пользователем основ теоретического материала и готовности его к выполнению практических заданий. Тестирующие задачи позволяют определить начальный уровень знаний, умений и навыков. При этом пользователь осуществляет самооценку и может повторить изучение пройденного материала при необходимости. Задачи для самообучения позволяют пользователю совершенствовать навыки их решения. В отличие от тестовых в задачах для самообучения заложена многоуровневая система подсказок, позволяющая привить пользователю логику решения задачи и совершенствовать навыки применения теорем, доказанных в теоретическом материале курса, т. е. пользователь получает несколько попыток для решения таких заданий. Блок контролирующих заданий предназначен для проверки степени сформированности предметных компетенций. По результатам успешно выполненных тестовых задач и контрольных заданий пользователь получает оценку за весь курс, которая зависит от траектории прохождения им раздела. Различные сценарии применения предлагаемых электронных учебников в зависимости от категории пользователей (студент, преподаватель) и цели использования изображены на рисунках 1 и 2 [5]. Часть электронного учебника, которая связана со временем и качеством прохождения учебного
 |
материала студентами, могут использовать администрация вуза, родители.
Рис.1. Возможности использования студентом электронного учебника
 |
Основной обучающий сценарий строится на основе графоориентированного подхода. Суть графоориентированного подхода заключается в возможности представления различных сценариев и траекторий прохождения курса в виде ориентированного графа. В вершинах графа находятся элементы контента, направленность дуг определяет последовательность прохождения этих элементов, а точки ветвления адаптируют процесс обучения под личностные особенности обучающегося.
Рис. 2. Возможности использования преподавателем MAI .
 |
Для большей наглядности можем рассмотреть графы [6], отражающие сценарий процесса самообучения (рис. 3) и изучения отдельной темы (рис. 4), от тестирующих заданий до контролирующего блока.
Обратим внимание, что в процессе обучения студенту предоставляется возможность пользоваться подсказками. Он может по гиперссылке перейти к теоретической части и пополнить багаж знаний, рассмотреть решение аналогичной задачи или задачи с теми же способами деятельности. В случае неудачи студенту предлагается полное подробное решение и аналогичная задача, в случае правильного ответа он переходит к следующей задаче.
Рис.4. Ориентированный граф типовой траектории изучения материала.
Отбор материала для формирования контента учебника проведен с учетом компетентностного подхода к процессу обучения, в полном соответствии с федеральным образовательным стандартом. Для самостоятельной работы каждому студенту формируется индивидуальное задание [7], состоящее из ряда задач, суммарная сложность заданий может варьироваться в зависимости от дидактических целей, поставленных преподавателем. Сложность заданий определяется с использованием математических моделей и алгоритмов в условиях отсутствия [8] и наличия [9] ограничения на время проведения тестирования.
Адаптивные свойства системы достигаются за счет использования алгоритмов одновременного автоматического пересчета рейтинга пользователей и уровня сложности заданий на основе логистической модели Раша [10-13]. Это позволяет адаптировать контент системы к индивидуальным особенностям пользователей, реализовывая тем самым личностный подход к организации процесса обучения. Кроме того, в работах [14,15] на основе модели Ван Дер Линдена времени ответа пользователя на задания предложен способ проверки аутентичности ответа, позволяющий изменить пользователю индивидуальную траекторию процесса обучения, например, предложив ему дополнительно выполнить аналогичное задание. С помощью этой же модели предложен алгоритм подбора контента для очного тестирования группы пользователей так, чтобы время, выделяемое на очное тестирование, хватило бы всем пользователям с заданной доверительной вероятностью [15]. Поскольку данный учебник можно использовать для обучения студентов различных специальностей, компетенции, необходимые для освоения какой-то конкретной темы могут отсутствовать, возникает необходимость изменения общего сценария изучения материала. Это возможно сделать на основе обработки статистической информации о работе пользователей с использованием аппарата проверки статистических гипотез [16].
Необходимо отметить, что электронные учебники в СДО МАИ при использовании для большого количества студентов и академических групп обеспечивает мотивацию учащихся путем выстраивания рейтингов групп и индивидуальных рейтингов. Каждый пользователь видит не только свои результаты, но и то место, которое он занимает согласно своим достижениям, место своей группы в потоке. Конечно, ведущую роль в организации элемента соревнования играет преподаватель, но благодаря электронному учебнику это происходит более наглядно. Далее рассмотрим типичную траекторию работы пользователя в системе во время очного занятия с применением СДО МАИ . Заметим, что в случае такого способа использования электронного учебника траекторию изучения материала строит сам преподаватель в зависимости от дидактической цели занятия.
Мы рассмотрим занятие «Основные формулы вычисления вероятностей» по курсу «Теория вероятностей и математическая статистика», посвященное изучению нового материала. Поскольку ведущей компонентой математики как учебного предмета является способ деятельности, то после знакомства студентов с математическими понятиями, выявления их существенных свойств, связей, нахождения их места в системе математических представлений студента необходимо организовать освоение способов математических действий, отработку умений и навыков. Итак, перейдем к описанию конкретных этапов занятия:
1) начало занятия, преподаватель объявляет цель занятия, происходит вход в систему при помощи уникального логина и пароля для каждого студента:
2) пользователь получает доступ к главной странице с основной информацией и навигацией внутри системы:
3) первая часть занятия уделяется преподавателем для ознакомления студентов с новым материалом, при этом студентам доступны либо учебное пособие в виде книги, либо электронная версия в СДО. Преподаватель может стимулировать познавательную активность студентов, требуя выделить новые понятия, связать их с изученным ранее материалом, актуализируя уже имеющиеся знания. В нашем конкретном случае студент уже должен владеть понятиями «случайное событие», «произведение событий», «сумма событий» и др., а в этом занятии освоить способы вычисления их вероятностей. При необходимости, используя гиперссылки электронного учебника, студент может обратиться к нужной части курса, таким образом, организуется не только познавательная, но и информационно-поисковая деятельность студентов.
4) после изучения теоретического материала и типовых заданий, иллюстрирующих применение новых формул, студенту предоставляется возможность решить задания самостоятельно. Таким образом, мы переходим к этапу закрепления учебного материала. На этом этапе целесообразно использовать задачи для самообучения. Количество задач для конкретного контингента студентов определяет преподаватель, но электронный учебник позволяет варьировать количество задач для каждого студента, реализуя индивидуальный подход. Например, студент, решивший задачу определенного типа с первого раза, переходит к другому типу задач, а студент, не сумевший получить верный ответ, получает дополнительную задачу того же вида.
5) а) Заметим, если преподаватель считает нужным использовать задачи тестовые, как имеющие небольшую сложность и нацеленные на проверку усвоения понятий, или, более сложные, задачи из контролирующей части, то после ответа на задание система указывает на то, что решение верное или нет; в случае самообучающих заданий студенту предоставляются подсказки с активными гиперссылками к теоретическому материалу по теме задания и типовому заданию с подробным решением:
б) при правильном решении появится уведомление и осуществляется переход к следующему заданию:
6) В процессе занятия преподаватель с помощью электронного учебника видит количество решенных задач каждого студента, скорость и правильность решения, имеет возможность осуществления индивидуальной работы, получает информацию о задачах, вызывающих затруднения при решении в конкретной группе студентов. Обладая этой информацией, в течение занятия, при необходимости, организует работу в парах, объединяя сильны и слабых студентов, формируя также умение работать в коллективе, что является необходимой профессиональной компетенцией специалиста.
7) Преподаватель поясняет домашнее задание, в нашем случае это контролирующие задания по той же теме их электронного учебника.
8) На последнем этапе преподаватель подводит итог занятия, организует этап рефлексии, обращения к собственным мыслительным действиям. Студенты формулируют, чему научились на занятии, что вызвало наибольшие трудности при изучении, какова причина этих трудностей, как их преодолеть. В зависимости от конкретной дидактической ситуации, преподаватель создает мотивацию к дальнейшей активной учебе, предлагая рассмотреть в электронном учебнике рейтинги в разделе результатов, внося элемент соревнования в учебный процесс.
Таким образом, с помощью электронных учебников, входящих в систему МАИ , решаются задачи очного и дистанционного обучения, происходит создание активно-деятельностной познавательной среды для студентов за счёт возможности осуществления информационно-поисковой деятельности; выполнения разнообразных практических заданий с автоматической проверкой результатов; автоматизации процессов тренировки способов деятельности и контроля знаний; использования встроенных средств коммуникации для организации сетевого взаимодействия преподавателя и студента, студентов между собой для формирования навыков учебного сотрудничества и коммуникативной компетентности.
Список использованных источников
1. Система дистанционного обучения МАИ . Руководство пользователя. URL: http://distance. mai. ru/guide (дата обращения: 17.09.2016)
2. , , В Теория вероятностей и математическая статистика. Базовый курс с примерами и задачами., Учебник, 4-е изд. (доп. и испр.) М: Наука, Физ.-Мат. Лит., 2013 (14,5 л.)
3. И, , Мартюшова анализ. Базовый курс с примерами и задачами. Часть 2., Учебное пособие, (ред. ) М: Наука, Физ.-Мат. Лит., 2015.
4. , , Осипова анализ. Базовый курс с примерами и задачами, Учебное пособие, (ред. ) М: Наука, Физ.-Мат. Лит., 2007
5. , Наумов учебно-методический комплекс по курсу «Теория вероятностей и математическая статистика» для дистанционного обучения. // Вестник компьютерных и информационных технологий, 2008, №8, сc. 36-43.
6. , , Шаюков дистанционного обучения математическим дисциплинам в ВУЗе. Вестник компьютерных и информационных технологий, №4, 2006 г, с.29-36.
7. , Кибзун уровней сложности тестов на основе метода максимального правдоподобия // Автоматика и телемеханика, 2014, №4, с. 20-37.
8. , Иноземцев формирования индивидуальных заданий в системах дистанционного обучения // Вестник компьютерных и информационных технологий, 2013, №6, сc. 46-51.
9. Современные требования к электронным изданиям образовательного характера / , , М.: ИПИ РАН, 2008. 73 с.
10. , , Об одном подходе к автоматизации оценивания успеваемости студентов// Системы и средства информатики, 2015, т.25, №2, с. 123-139.
11. , Панарин модель модифицируемости системы дистанционного обучения// Вестник МАИ, 8, 2009, с.25-32
12. , Панарин подход к управлению модифицируемостью системы дистанционного обучения.\\ Вестник компьютерных и информационных технологий, 2010, № 12, с. 40-49.
13. , Панарин интегрального рейтинга с помощью статистической обработки результатов тестов // Автоматика и Телемеханика, 2012, № 6, сс. 119-139.
14. , , Наумов дистанционного электронного обучения в вузах по математическим дисциплинам // Материалы Международной научной конференции под эгидой премьер-министра РА Овика Абраамяна «Образование, наука и экономика в вузах и школах. Интеграция в международное образовательное пространство», г. Горис, Армения, 28 сентября – 2 октября 2015 г.
15. , О задаче вероятностной оптимизации для ограниченного по времени тестирования\\ Автоматика и телемеханика, 2016, №9, стр. 124-135.
16. , Сай Кхин Аунг Тинт Об адаптации обучающих систем переподготовки молодых специалистов на предприятиях авиационного комплекса// Электронный журнал «Труды МАИ», № 42, февраль, 2011 г.
