Моделирование как средство анализа учебного процесса, использующего компьютерные обучающие программы

Состав, структура и особенности использования компьютерных обучающих программ (КОП) в значительной степени зависят от области их применения. На кафедре "Компьютерные системы и технологии" МИФИ при подготовке студентов по специальности "инженер-системотехник" особое внимание уделяется вопросам развития практических навыков студентов, что обусловливает наличие значительного объема лабораторных и семинарских занятий по различным дисциплинам учебного плана.

Многолетний опыт такой работы показывает, что наилучшей формой организации, позволяющей в реальном режиме времени контролировать степень усвоения пройденного материала и полученные студентами навыки, является постоянное тестирование студентов по пройденным темам. Количество тестов зависит от объема курса, его содержания и распределения часов между различными видами занятий внутри курса.

В последнее время назрела необходимо вывести эту работу на новый уровень и представить в виде компьютерных обучающих программ, которые обеспечивали бы следующие возможности:

– ознакомления с теоретическим материалом по данной теме;

– тренировочное тестирование с максимально дружественной ре­ак­цией на возникающие ошибки;

– обеспечение контрольного тестирования без использования базы данных вопросов и ответов, а с генерацией задания непосредственно в момент его предъявления;

– протоколирование результатов работы студентов с КОП;

– возможность не только доступа студента к данному уроку в составе группы, но и в произвольное время к произвольному уроку;

– возможность компоновки версии КОП для самостоятельной подготовки (без модуля контрольного тестирования);

– расширяемость;

– единый интерфейс для всех уроков (хотя бы в пределах одной дисциплины).

Такая разветвленная структура КОП требует очень тщательной ее разработки не только с методической и технической точек зрения, но и с точки зрения ее временных характеристик, которые должны учитывать структуру реального учебного процесса.

Для учета всех факторов, влияющих на структуру и содержание пакета компьютерных обучающих программ, а также с целью определения степени эффективности и целесообразности его использования необходимо выполнить моделирование процесса функционирования пакета в целом и составляющих его уроков в частности.

Построение таких моделей базируется на теории массового обслуживания, так как сам процесс интерактивного обучения как таковой, не говоря уже о применяемой технологии вычислительной техники, можно рассматривать как приложение этой теории.

С помощью разрабатываемых моделей предполагается решить такие вопросы, как:

– влияние архитектуры электронного учебника на его временные и пользовательские параметры: время отклика, коэффициент использования аппаратных средств как локальной машины, так и сервера (при использовании сервера для работы учебника в локальной сети), оптимальное количество рабочих мест, возможность использования сервера одновременно для работы учебника и других приложений;

– временные затраты студента на выполнение конкретного урока, исходя из архитектуры электронного учебника и структуры урока, и, следовательно, вероятность выполнения студентом урока за отведенное для этого время и некоторые другие.

Указанные пункты сильно связаны между собой, так как с одной стороны использование аппаратных средств зависит от действий студента, а с другой стороны действия студентов зависят от реакции системы.

Задача получения указанных характеристик достаточно сложна и не тривиальна. Поэтому для ее решения используется моделирование различных режимов работы учебника.

При моделировании функционирования пакета КОП были рассмотрены следующие режимы его работы: автономный, сетевой, а так же сетевой с дополнительной нагрузкой сервера.

В первом режиме рассматривается работа студента на локальном компьютере. Этот режим характерен, в основном, для индивидуальной работы при самоподготовке.

Второй режим предполагает наличие локальной сети, на сервере которой расположены собственно обучающие программы, а также необходимые средства администрирования. Локальная сеть в этом режиме используется только для проведения занятий с пакетом компьютерных обучающих программ.

В третьем режиме каждый студент работает с обучающей системой на своем рабочем месте, используя ресурсы персональной ЭВМ и сервера, при этом на сервере могут исполняться другие приложения.

При работе с КОП предполагается следующая последовательность действий студентов /1,2/: изучение теоретического материала, выполнение тренировочного тестирования, выполнение контрольного тестирования. Со второго этапа возможен возврат на повторное изучение теории.

Исходными данными для моделей являются такие случайные величины, как первоначальное время чтения теории студентом, время чтения теории при возврате с этапа 2, количество возвратов на чтение теории с этапа 2, количество решенных тренировочных примеров, время решения одного тренировочного примера, время решения одного контрольного примера.

Получение этих исходных данных является непростой задачей. На этапе подготовки и отладки моделей они были получены путем анкетирования студентов во время работы с электронными уроками. В настоящее время в каждый электронный урок встраиваются средства автоматизированного определения необходимых данных.

Были составлены как аналитические, так и имитационные модели функционирования комплекса компьютерных обучающих программ в различных режимах работы. По нашему мнению, результаты исследования дадут возможность оценить соответствие уровня аппаратных средств для проведения занятий сложности пакета КОП и спланировать график учебного процесса с целью более эффективной и рациональной его организации. Результаты, полученные при исследовании, помогут внести конструктивные изменения в сами учебники и в отдельные уроки. С одной стороны, возможно, например, разбиение уроков на несколько отдельных заданий или, наоборот, объединение нескольких заданий в одно с целью лучшего усвоения студентами материала или с целью сокращения времени на проведение занятия. С другой стороны, изменения архитектуры учебника могут привести к улучшению его временных характеристик и уменьшению аппаратных требований.

Литература:

1. Гуров В.В. Структура электронного учебника на примере автоматизированных обучающих систем по изучению архитектуры компьютеров. - Дистанционное обучение и новые технологии в образовании: Материалы региональной науч.-метод. конф./ Владим.гос.ун-т. Владимир, 2001. С. 27-30.

2. Иванов М.А., Гуров В.В. Структура лабораторного практикума по курсу "Защита информации". - Научная сессия МИФИ-2001. Сборник научных трудов. В 14 томах. Т.10. Телекоммуникации и новые информационные технологии в образовании.- М.: МИФИ, 2001. С.118-119.