WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

ЯГОВКИН ВАДИМ ИГОРЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ИНТЕРАКТИВНЫХ ТРЕНАЖЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ КОМПЕТЕНЦИЙ

НА ОСНОВЕ ПРЕДМЕТНЫХ ОНТОЛОГИЙ

Специальность 05.13.06  –  «Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (образование)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2012

Работа выполнена на кафедре физики Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (НИУ ИТМО).

Научный руководитель:       доктор технических наук, профессор

                   Стафеев Сергей Константинович

Официальные оппоненты:  доктор технических наук, профессор

        Копыльцов Александр Васильевич

        Российский государственный педагогический

университет им. А.И. Герцена        

        кандидат технических наук

        Рубашкин Дмитрий Давидович

               АНО «Инновационный центр

               «Технологии современного образования»

Ведущая организация:  Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ» им.

В.И. Ульянова (Ленина) (СПбГЭТУ)        

Защита состоится 16 октября 2012 г. в 15.30 на заседании диссертационного совета Д 212.227.06 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49, центр интернет-образования.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ ИТМО.

       

Автореферат разослан  "15"  сентября  2012 г.

Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.227.06                                        Лисицына Л.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Использование в образовательном процессе методов инженерии знаний предполагает не только адекватное представление изучаемого объекта, согласованное со структурой предметной области, но и интерактивное взаимодействие с ней пользователя. Задаваемый  вопрос должен автоматически переводиться на язык формальной логики, после чего возникают условия для поиска ответа в рамках заданной структурой понятий и связей между ними. В последние годы возник спрос на интерактивные обучающие тренажеры ­­­­– программы, поддерживающие обучаемого на каждом шаге решения задач. Такие тренажеры могут контролировать действия обучаемого и использовать полученную от него информацию для предоставления помощи.

Интерактивные тренажерные комплексы (ИТК) – позволяют формировать навыки работы с реальным оборудованием. На монитор компьютера выводится модель инструмента (оборудования) или интерфейс программного продукта, с помощью которой обучаемый выбирает оптимальную для каждой ситуации последовательность манипуляций.

Использование современного учебного программного обеспечение направлено на формирование требуемых компетенций, что соответствует положениям федерального государственного образовательного стандарта третьего поколения (ФГОС).

Для обеспечения необходимых связей компетентностной модели выпускника (КМВ) и предметной области предлагается применять онтологический подход, а использование игрового подхода в ИТК позволяет повысить уровень мотивации обучаемого.

Цель диссертационной работы разработка методического и алгоритмического обеспечения ИТК для освоения компетенций на основе предметных онтологий.

Для достижения указанной цели в диссертации решены следующие задачи:

- проведен анализ современного состояния и тенденций в области автоматизации разработки ИТК;

- на основе нормативов ФГОС по специальностям «Автомеханик» и «Оптик-технолог» разработаны модели компетенций, формируемых у обучаемого с помощью ИТК;

- спроектирована система автоматической генерации модульной структуры тренажерных комплексов на основе анализа соответствующих предметных онтологий;

- на основе анализа вариантов использования игровой компоненты в образовательном процессе получены критерии сбалансированности трех основных активностей пользователя: обучение – симуляция - игра (ОСИ) или education – simulation – game (ESG);

- разработан алгоритм использования компьютерных игровых тренажеров для формирования профессиональных навыков;

- разработаны и апробированы ИТК для уровней начального (НПО) и среднего (СПО) профессионального образования.

Методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались методы, основанные на системном подходе к решаемой проблеме, в том числе методы инженерии знаний, построения графических человеко-машинных интерфейсов, планирования и контроля результатов обучения, методы дескриптивной логики.

Объектом исследования являются результаты использования ИТК в образовательном процессе.

Предметом исследования является использование онтологического подхода и игрового погружения при формировании компетенций обучаемого с помощью ИТК.

Научная новизна. В работе получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

1. Впервые предложена модель автоматической генерации модульной структуры ИТК, основанная на компетенциях ФГОС в онтологическом представлении.

2. Новый алгоритм для автоматизации уровневого формирования результатов освоения компетенций ФГОС на основе модифицированного цикла Колба.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Разработанная система классификационных параметров инструментария для разработки ИТК позволяет обеспечить наиболее полный функционал тренажерных комплексов.
  2. Предлагаемая модель автоматической генерации модулей ИТК обеспечивает связь компетентностной модели выпускника и предметной онтологии, тем самым оптимизируя модульную структуру ИТК.
  3. С помощью поэлементного анализа трех основных активностей пользователя – ОСИ и его графического представления достигается методическая сбалансированность всего тренажерного комплекса.
  4. Полученный алгоритм функционирования модулей ИТК позволил адаптировать классический цикл Колба для освоения требуемых умений и навыков в соответствии с КМВ.

Практическая значимость. На основе предлагаемых моделей и алгоритмов разработаны, апробированы и внедрены в образовательный процесс ИТК уровней среднего и начального профессионального образования по специальностям «Автомеханик» и «Оптик-технолог»

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы внедрены в государственном образовательном учреждении НПО «Профессиональный лицей №110 “Автосервис”», ГК «ИНФОЛИДЕР» и ЗАО «Корпоративные системы обучения» (Санкт-Петербург)

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на V Международной конференции «Информационные системы для обучения и управления персоналом (HRM)» (Санкт-Петербург, 2008 г.); VI Международной научно-практической конференции «Информационные системы для обучения и управления персоналом (HRM-09)» (Санкт-Петербург, 2009 г.); VII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2010 г.); VII Международной научно-практической конференции «Информационные системы для обучения и управления человеческими ресурсами (HRM-10)» (Санкт-Петербург, 2010 г.); VIII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2011 г.); VIII Международной научно-практической конференции «Информационные системы для обучения и управления человеческими ресурсами (HRM-11)» (Санкт-Петербург, 2011 г.); I Всероссийском конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург, 2012 г.); XIX Всероссийской научно-методической конференции «Телематика’2012»  (Санкт-Петербург, 2012 г.); VIII международной конференции «Optics-Photonics Design and Fabrication» (Санкт-Петербург, 2012 г.) III Научно-практической конференции «Инженерия знаний и технологии семантического веба (KESW 2012)» (Санкт-Петербург, 2012 г.). 

Публикации. Основные научные результаты диссертационного исследования изложены в 9 печатных работах, в том числе в 3 статьях, опубликованных в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ. 

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, список использованной литературы, содержащий 84 наименования. Основная часть работы изложена на 192 страницах машинописного текста и содержит 58 рисунков, 7 таблиц, и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, описываются объект и предмет исследования, ставятся цель и задачи исследования, формулируются результаты, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор программ, позволяющих создавать ИТК, проанализированы их функциональные возможности, и определены необходимые для решения задачи создания интерактивной компоненты в тренажерном комплексе. Были выделены семьдесят девять ключевых параметров функциональных возможностей, разделенные на двенадцать групп.

Из них были выделены три наиболее существенные группы параметров для использования данных программных продуктов при разработке ИТК: алгоритмы контроля сформированных компетенций (21 параметр), графическое и мультимедийное представление (10 параметров) и методы автоматической генерации контента (9 параметров). В этих группах всем параметрам были присвоены весовые коэффициенты по уровню значимости в решении поставленной задачи. В результате анализа было установлено, что наиболее полным функционалом, при сравнимых с  CourseLab и CourseLab Teamwork ценовых характеристиках обладает программный пакет Adobe Captivate.

Рис. 1. Графическое представление компетентностной модели, использованной для построения ИТК по специальности «Автомеханик»

В рамках первой главы был проведен анализ редакторов онтологий. При создании ИТК необходимо хранить разнородные типы данных с разнородными связями, что требует использования методов инженерии знаний.

Был рассмотрен ряд онтологических редакторов(Ontolingua, OntoStudio, DOE и.т.д.) и выделен инструмент, наиболее подходящий для разработки онтологического ядра ИТК – Protg, который имеет открытую, легко расширяемую архитектуру и, помимо фреймов, поддерживает все наиболее распространенные языки представления знаний (SHOE, XOL, DAML+OIL, RDF/RDFS, OWL), поддерживает модули расширения функциональности (plug-in), поддерживается разработчиками и учеными, правительственными и корпоративными пользователями, и находится в свободном доступе.

Также, в первой главе проанализирована возможность использования игровой мотивации обучаемого для повышения эффективности работы с ИТК и ряд программных продуктов, включающих образовательную, тренинговую и игровую компоненты.

Во второй главе описана структура ИТК и его функциональные связи.  Для формирования информационных массивов, состоящих из разнородных характеристик и связей между ними, используются методы инженерии знаний и, прежде всего – онтологические базы знаний (ОБЗ). В отличие от баз данных в базах знаний информация представлена в виде семантической сети, а не в виде набора записей. Кроме того, базы знаний могут содержать разнородные и разнотипные данные и представляют собой открытую, а не жестко структурированную модель.

Автором была создана общая онтология предметной области «Автомобиль», а также приведена к формату базы знаний КМВ по специальности «Автомеханик» - ожидаемый результат подготовки в которой описан с помощью двух групп компетенций – универсальных и профессиональных. Последние определяют профиль подготовки выпускника, и являются ключевыми при разработке интерактивных образовательных тренажеров.

Предлагаемая структура ИТК основывается на поэлементном соединении компетентностной модели выпускника и онтологии данной предметной области. При таком подходе создаваемые модули ИТК формируются не произвольно, а на основе компетенций, перечисленных в соответствующем ФГОС.

На рис. 1 приведен пример графа фрагмента компетентностной модели для ИТК «Автомеханик» (ПК – профессиональная компетенция, МДК – междисциплинарные курсы). Поскольку целью использования ИТК является развитие профессиональных компетенций, то из сочленяемой с онтологией «Автомобиль» модели были удалены общие компетенции и ряд профессиональных компетенций, инвариантных к специфике предметной области ИТК.

Во второй  главе описан процесс освоения обучаемым умений и навыков трех уровней, в соответствии с предлагаемой системой дескрипторов: У1/Н1 – первичные умения и навыки, У2/Н2 – репродуктивные умения и самостоятельные навыки, У3/Н3 – продуктивные умения и профессиональные навыки. Предложенный процесс вписывается в образовательный цикл Колба, модифицированный с учетом использования образовательных тренажеров  (рис. 2).

В редакторе онтологий Protg 4, который применялся для разработки онтологических представлений предметной области и компетентностной модели, для описания концептов и связей между ними было предложено использовать так называемый Манчестерский синтаксис OWL. В таком представлении выражения хорошо соотносятся с математическими символами, которые используются в синтаксисе дескриптивной логики DL. Синтез Манчестерского синтаксиса и элементов дескриптивной логики использовался для описания некоторых основных структурных фрагментов онтологии компетентностной модели ФГОС.

Описание класса -  «Знания»:

Class: <Знания>    <Накапливается_за_счет_обучения>

                                                 (<Междисциплинарные_курсы>   <Общепрофессиональные_циклы>)

//Другими словами – знание может накапливаться за счет обучения междисциплинарным курсам или общепрофессиональным циклам

Описание класса -  «Умения»:

Class: <Умения> <Приобретается_за_счет_обучения>

                                        (<Междисциплинарные_курсы> <Общепрофессиональные_циклы>),

//Другими словами – умение может приобретаться за счет обучения междисциплинарным курсам или общепрофессиональным циклам

Описание класса -  «Навыки»:

Class: <Навыки>   <Вырабатывается_за_счет_обучения> <Междисциплинарные_курсы>

//Другими словами – навык может вырабатываться за счет обучения только междисциплинарным курсам

Описание класса -  «Общепрофессиональные_циклы»:

Class: <Общепрофессиональные_циклы> <Формирует>

  (<Общие_компетенции> <Профессиональные_компетенции>),

  <Дисциплины_и_курсы>

//Другими словами – Обучение общепрофессиональному циклу может формировать общие и профессиональные компетенции

Описание связи -  «Приобретается_за_счет_обучения»:

ObjectProperty: <Приобретается_за_счет_обучения>

          Domain:  <Умения>

        Range:  <Дисциплины_и_курсы>

//Другими словами – Умения приобретаются за счет обучения дисциплинам и курсам

Описание экземпляра «ПК 2.3.Осуществлять техническое обслуживание транспортных средств в пути следования» класса «ПК 2. Транспортировка грузов и перевозка  пассажиров»:

Individual: <ПК2.3.Осуществлять_техническое_обслуживание_транспортных_средств_в_пути_следования>

                 Types:  <ПК_2._Транспортировка_грузов_и_перевозка_пассажиров>

  Facts: 

                 <Формируется_за_счет_обучения>  <МДК.02.01._Теоретическая_подготовка_водителей_автомобилей_категорий_В_и_С>,

                  <Формируется_за_счет_обучения>  <ОП.01._Электротехника>,

                  <Формируется_за_счет_обучения>  <ОП.02._Охрана_труда>,

        <Формируется_за_счет_обучения>  <ОП.03._Материаловедение>,

<Формируется_за_счет_обучения>  <ОП.04._Безопасность__жизнедеятельности>

// Другими словами – Профессиональная компетенция «Осуществлять техническое обслуживание транспортных средств в пути следования» формируется за счет обучения междисциплинарному курсу «Теоретическая подготовка водителей автомобилей категорий В и С» и следующим общепрофессиональным циклам: «Электротехника», «Охрана труда», «Материаловедение», «Безопасность жизнедеятельности»

Подобным образом были описаны все объекты и взаимосвязи внутри компетентностной модели ФГОС «Автомеханик». Онтологическое представление образовательного стандарта позволяет легко сочленить ее с предметной онтологией, разработанной для ИТК по той же специальности для оценки уровней знаний, умений, навыков пользователей тренажерного комплекса.

Структура создаваемых ИТК представлена на рис. 3. Для наработки ряда компетенций по работе с оборудованием вокруг разработанной онтологии была построена экспертная система, на ее основе из КМВ был выделен ряд практико-ориентированных компетенций для широкого круга пользователей, от разработчиков до конечных потребителей: создание, усовершенствование, диагностика, ремонт, настройка, обучение процессу эксплуатации, эксплуатация. Каждый элемент экспертной системы отвечает за освоение определенной компетенции и обращается к необходимым узлам ядра – онтологии. Модули ИТК автоматически формируются, в соответствии с компетентностной моделью. Компетенции конечного пользователя нарабатываются в заданной области, посредством обучения комплексу необходимых знаний, умений, навыков трех уровней.

Предложенный подход позволяет формировать не только модули, ориентированные на получение умений (ИТ1 – ИТ5) или навыков (ИТ9, ИТ10), а также более сложные, комплексные модули (ИТ6 – ИТ8).

Рис.3. Структура создаваемых ИТК на примере реализации профессиональной компетенции «Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта»

В третьей главе подробно рассмотрены основные вопросы внедрения игрового подхода в образовательные ИТК. В создании образовательных ИТК, как и при разработке «серьезных игр», должен соблюдаться баланс между изучением самой игры и обучением с ее помощью, между когнитивной и эмоциональной составляющими. Без включения обучающих целей в игры-симуляции последние не могут быть трансформированы в образовательные тренажеры. Были выделены и описаны три примера: система проведения дистанционных практических туров олимпиад по физике с использованием компьютерных моделей (СПОФ), тренажерные комплексы ГК «ТРАНЗАС» (ТК ТРАНЗАС) и комплекс «Интерактивное Обучение Стратегии Активного Чтения и Размышления» – iSTART (iSTART). В результате анализа была получена оценка уровня игровой и обучающей составляющих, наличия действующих элементов симулятора, а также определены вектора, позволяющие сбалансировать конкретную разработку по всем трем компонентам ОСИ, что является одной из важнейших задач при создании образовательного программного обеспечения.

С использованием статистической обработки полученных экспериментальных выборок было оценено: время, затрачиваемое пользователем на одну из трех активностей, число программных модулей, посвященных реализации каждой из трех компонент и осредненная бальная оценка пользователей.

Итоговая диаграмма, полученная интегрированием трех проведенных оценок, представлена на рис. 4, а на рис. 5а, 5б – соответствующее графическое представление, где:

, – вектора суммарных оценок по трем активностям СПОФ, ТК ТРАНЗАС и iSTART;

– вектор, характеризующий оценки оптимального образовательного тренажера с игровой компонентой;

– вектора трансформации СПОФ, ТК ТРАНЗАС и iSTART в оптимальный образовательный тренажер с игровой компонентой.

Таким образом, каждый из рассмотренных программных продуктов представляет собой пример практического объединения двух из трех составляющих оптимального образовательного игрового симулятора. И каждый, в свою очередь, имеет одну слабую компоненту.

Для нахождения векторов суммарных для любого из трех рассмотренных программных продуктов производилось оценка по всем трем компонентам (активностям):

,         где        ,        а

– орты осей Е(Education), S(Simulation) и G(Game), соответственно.

–  относительный показатель времени, затраченного пользователем на игровую активность.

– нормированное число программных модулей посвященных игровой компонент.

– осредненная бальная оценка пользователей, посвященная игровой компоненте.

Данные показатели рассчитывались следующим образом:

             

, где – усредненный показатель времени, затраченного пользователями на игровую активность, – усредненный показатель количества модулей, посвященных игровой активности, – усредненный показатель бальной оценки пользователей, посвященной игровой активности, T – общее количество времени, затраченное на работу с программой, M – общее число программных модулей в продукте, B – суммарное максимальное количество баллов  за все три компоненты.

Корректирующие коэффициенты введены для сбалансированности удельных вкладов трех оценочных параметров (t,m,b), поскольку общее время, общее количество модулей или максимальная сумма баллов не обязательно равны сумме соответствующих значений для трех интересующих нас активностей (G,E,S). Они рассчитывались по формулам:

В результате, построив на трех ортогональных проекциях искомый вектор суммарных оценок по всем трем компонентам, мы можем найти точку его пересечения с плоскостью [1,1,1] которую и принимаем за начало вектора  трансформации , который заканчивается в центре равностороннего треугольника ESG. Таким образом, получены  все вектора трансформации (рис. 5 б)).

На основании обзора игровых образовательных ресурсов, в третьей главе сформулирован ряд требований к игровой составляющей ИТК: обеспечение мотивации у студента, интереса к предметной области; интерактивность, дружелюбный интерфейс; предоставление обучаемому возможности контролировать виртуальный процесс.

Также были описаны модели получения знаний и умений в рамках ИТК только через игровую компоненту и без ее использования. На основе их комбинирования, с использованием упомянутого цикла Колба была предложена модель использования компьютерных тренажеров в образовании (рис. 6).

На рисунке слева представлен процесс с точки зрения традиционного игрока (геймера). Точка зрения обучаемого (студента) приведена на правой части рисунка, которая отвечает за то, как игровой опыт переносится на познавательный процесс. Введение в образовательный цикл Колба игровой компоненты позволяет использовать ИТК при моделировании экспериментального процесса, что важно для получения практических навыков.

Рис. 6. Модель использования компьютерных игровых тренажеров в образовании (эллипс цикл Колба)

На основе полученной модели был разработан алгоритм обучения на ИТК с игровой составляющей (рис. 7), в результате прохождения которого у пользователя вырабатываются профессиональные навыки. 

Обучения на ИТК с игровой составляющей состоит из последовательного прохождения пяти этапов (модулей): Модуль 1 «Получение конкретного опыта» – пользователь проходит фиксированную последовательность шагов на тренажере, пользуется интерактивными подсказками; Модуль 2 «Процесс рефлексивного наблюдения» – пользователь проходит вариативную последовательность шагов, не пользуясь интерактивными подсказками; Модуль 3 «Освоение абстрактных понятий и концептов» – пользователь с помощью ИТК диагностирует определенную проблему; Модуль 4 «Решение нестандартных задач в коллективной игровой форме» – несколько пользователей, разделившись на команды, выполняют нестандартные задания на тренажере, последовательность шагов – свободная; Модуль 5 «Индивидуальное решение нестандартных задач» – пользователь выполняет нестандартное задание на тренажере, последовательность шагов – свободная.

Рис. 7. Алгоритм прохождения обучения на ИТК с игровой составляющей

Четвертая глава посвящена апробации предложенных методов, моделей и алгоритмов на примере двух ИТК, разработанных автором по специальностям «Автомеханик» (на уровне НПО) и «Оптик-технолог» (на уровне СПО). Схема функционирования ИТК следующая (рис. 8): при первом использовании тренажера, система оценивает уровень знаний в предметной области, тем самым определяя какие умения и навыки пользователь способен освоить. Результаты данной проверки заносятся в базу успеваемости, используя их, функция подбора заданий определяет начальный этап (модуль) обучения (практические задания).

Рис. 8. Схема работы ИТК по специальности «Автомеханик» на базе экспертной системы

Далее, при обучении на ИТК пользователь решает поставленные практико-ориентированные проблемы – работа с моделью оборудования. В затруднительной ситуации пользователь посылает запрос к экспертной системе, программа – решатель (моделирует ход рассуждений эксперта) обращается к базе знаний и генерирует на основе находящихся в ней экспертных данных подходящую рекомендацию, объясняя ход своих рассуждений при помощи системы объяснений­ (Программа, позволяющая получить ответы на вопросы: «Как был разобран тот или иной агрегат автомобиля?» и «Почему последовательность диагностических действий автомобиля была не оптимальной?» Описывается весь процесс получения решения с указанием использованных фрагментов базы знаний). 

Рис. 9. Рабочая среда ИТК «Автомеханик»

По завершении работы с ИТК пользователь получает данные о степени освоения компетенций, лежащих в основе решения данной задачи. Если решение неверное или нечеткое, модуль статистической обработки результатов определяет, какие ключевые понятия не освоены, и какие навыки не сформированы. На рисунке 9 приведено графическое представление процесса прохождения обучения на разработанном ИТК «Автомеханик».

Апробация ИТК «Автомеханик» проводилась на площадке Профессионального лицея №110 «Автосервис».

Была выделена группа из 38 учеников, состоящая человек, обучающихся по профессиональному модулю 01 – "Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта", профессия  190631.01"Автомеханик"». После проведения предварительной оценки преподавателями лицея ученики были разделены на две подгруппы: первая обучалась в течение полугодия по стандартной программе, в программу второй был включен виртуальный практикум на разработанном ИТК.

В результате внедрения ИТК в учебную программу уровень освоения отдельно взятых тем вырос на 16%  по работе с двигателем автомобиля и на 7% при работе с коробкой переключения передач автомобиля. При этом объем использованного расходного материала уменьшился почти в 2,5 раза, а время, потраченное на вводные занятия на лабораторном практикуме после прохождения теоретической части снизилось в 1,5 раза. 

Аналогичные результаты были получены при внедрении ИТК «Оптик-технолог», в котором был реализован цикл Колба с включением игровой компоненты – обучаемый составляет оптическую схему из предложенных элементов. При этом подходящих схем может быть несколько, и количество баллов, которое получит учащийся, зависит от выбора оптимальной. Если схема собрана неверно, то программа сообщает об этом пользователю, и, если он самостоятельно не исправляет ошибку, последовательно предлагает подсказки для нахождения верного решения. Если обучаемый не может самостоятельно исправить схему, ему сначала предлагается набор технологических элементов, которыми необходимо дополнить схему, а потом указывается место, куда необходимо поместить данный элемент. 

ИТК «Оптик-технолог» (рис. 10) был разработан на основе виртуальных моделей реального технологического оборудования, апробировался учащимися второго курса Физико-механического инженерного колледжа им. С. А. Зверева (ФМИК) и был признан полезным для проведения соответствующих тренингов (см. приложенные акты внедрения).  Результаты данной апробации позволили доработать и внедрить полноценные модели ИТК «Автомеханик» (на уровне НПО), и «Оптик-технолог» (на уровне СПО). В настоящее время ведутся работы по проектированию в рамках предложенной модели интерактивного тренажерного комплекса для подготовки бакалавров на первом уровне ВПО.

Рис. 10. Рабочая среда ИТК «Оптик-технолог»

Заключение. В результате диссертационного исследовании были разработаны интерактивные тренажерные комплексы по специальностям «Автомеханик» (уровня НПО) и «Оптик-технолог» (уровня СПО). ИТК успешно используются в учебном процессе. Были получены следующие результаты, имеющие научную и практическую значимость:

- разработана система классификационных параметров инструментария для разработки ИТК, которая позволяет обеспечить наиболее полный функционал тренажерных комплексов.

- предложена модель автоматической генерации модулей ИТК, которая обеспечивает связь компетентностной модели выпускника и предметной онтологии, тем самым оптимизируя модульную структуру ИТК.

- предложен алгоритм обеспечения методической сбалансированности всего тренажерного комплекса, с помощью поэлементного анализа трех основных активностей пользователя – ОСИ

- разработан алгоритм функционирования модулей ИТК, позволяющий адаптировать классический цикл Колба для освоения требуемых умений и навыков в соответствии с КМВ.

Статьи в журналах из перечня ВАК

  1. Яговкин В.И., Стафеев С.К. Интерактивный тренажерный комплекс для государственных образовательных учреждений // Науч.-технич. вестн. СПбГУ ИТМО, 2010,  № 5 (69). С. 122–126.
  2. Ольшевская А.В., Стафеев С.К., Боярский К.К., Катков Ю.В., Муромцев Д.И., Яговкин В.И. Комплексная визуализация предметной онтологии на основе взаимосвязных конструкций // Компьютерные инструменты в образовании, 2011, №5. С. 38–46.
  3. Яговкин В.И., Ольшевская А.В., Стафеев С.К. Разработка интерактивного тренажерного комплекса на основе экспертной системы // Компьютерные инструменты в образовании, 2011, №6. С. 38–46.

Другие публикации

  1. Яговкин В.И. Разработка интерактивных тренажерных комплексов (ИТК) по массовым рабочим профессиям // Сб. докл. VII Всеросс. межвуз. конф. молодых ученых. СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. Вып. 1. С. 79–80.
  2. Яговкин В.И. Создание интерактивных тренажерных комплексов на основе баз знаний // Сб. докл. VIII Всеросс. межвуз. конф. молодых ученых. СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. Вып. 1. С. 218–219.
  3. Яговкин В.И. Введение игровой составляющей в интерактивные тренажерные комплексы на основе экспертной системы // Сб. докл. I Всеросс. конгресса молодых ученых. СПб: НИУ ИТМО, 2012. Вып. 3. С. 20–21.
  4. Яговкин В.И., Стафеев С.К. Использование компетентностной модели ФГОС третьего поколения для построения онтологической базы знаний по выбранной предметной области // Тр. XIX Всеросс. науч.-метод. конф. «Телематика’2012». СПб: НИУ ИТМО, 2012. С. 155–156.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.