Способ автоматизированного управления процессом обучения

 

Способ предназначен для использования в сфере образования при автоматизированном управлении технологическим процессом обучения. Заключается в том, что обучаемым предъявляют учебный материал, после чего производят контроль степени усвоения учебного материала с вводом коррективов в учебный процесс, заранее задают уровень степени усвоения учебного материала, соответствующий стандарту образования, измеряют степень усвоения учебного материала за несколько текущих моментов с времени начала изучения учебного материала и по ним находят прогноз на будущие моменты времени с помощью кубической сплайн-функции, определяют время, через которое будет достигнут уровень степени усвоения учебного материала, соответствующий стандарту образования, вводят коррективы в учебный процесс, например повторяют учебный материал, вновь измеряют уровень степени усвоения учебного материала и находят прогноз с определением нового времени до достижения уровня степени усвоения учебного материала, соответствующего стандарту образования, повторяют этот цикл до достижения уровня степени усвоения учебного материала, соответствующего стандарту образования. Обеспечивается повышение эффективности процесса обучения. 3 ил.

Изобретение относится к сфере образования и может быть использовано при автоматизированном управлении технологическим процессом обучения.

Известен способ автоматизированного управления, заключающийся в том, что обучаемым предъявляют учебный материал, после чего производят контроль степени усвоения учебного материала путем сравнения ответов, введенных в машину-репетитор с эталонными, хранящимися в устройстве памяти, результат сравнения через устройство анализа ответов и устройство оценки знаний поступает в устройство выдачи информации, откуда учащемуся выдается подсказка или дополнительная информация (вводят коррективы в учебный процесс) [1].

Известно, что степень усвоения учебного материала y изменяется с времени начала изучения учебного материала. Причем на степень усвоения учебного материала y влияют коррекционные воздействия на процесс обучения, такие как повторение учебного материала через определенные промежутки времени, корректировка компонентов деятельности технических средств обучения (в том числе и педагога), изменения объема нагрузки на объект управления (обучаемых) и др.

Повышение эффективности управления технологическим процессом обучения заключается в повышении степени усвоения учебного материала y за наиболее короткий срок (достижение определенной заранее заданной степени усвоения учебного материала - стандарта образования - за наиболее короткий срок).

Поэтому, предъявив обучаемым учебный материал, после чего производя контроль степени усвоения учебного материала с вводом коррективов в учебный процесс, заранее задавая уровень степени усвоения учебного материала, соответствующий стандарту образования, измерив степень усвоения учебного материала за несколько текущих моментов с времени начала изучения учебного материала и по ним находя прогноз на будущие моменты времени с помощью кубической сплайн-функции, определяя время, через которое будет достигнут уровень степени усвоения учебного материала, соответствующий стандарту образования, вводя коррективы в учебный процесс (например, повторяя учебный материал), вновь измеряя уровень степени усвоения учебного материала и находя прогноз с определением нового времени до достижения уровня степени усвоения учебного материала, соответствующего стандарту образования, повторяя этот цикл до достижения уровня степени усвоения учебного материала, соответствующего стандарту образования, достигается повышение эффективности управления технологическим процессом обучения.

На фиг. 1 представлена схема устройства для осуществления способа.

Устройство содержит блок 1 технических средств обучения (в том числе и педагог), блок 2 коррекции учебного процесса, объект 3 управления (обучаемые), блок 4 оценки ответов, арифметико-логический блок 5, блок 6 задания стандарта образования, блок 7 сравнения прогноза степени усвоения учебного материала и стандарта образования.

Блок 2 коррекции учебного процесса, блок 4 оценки ответов, арифметико-логический блок 5, блок 6 задания стандарта образования, блок 7 сравнения прогноза степени усвоения учебного материала и стандарта образования могут выполнять функции подпрограмм, входящих в состав программного обеспечения управляющей вычислительной машины (не показана).

Способ осуществляют следующим образом.

Объекту 3 управления (обучаемым) предъявляют учебный материал. После изучения обучаемыми 3 блок 4 оценки ответов оценивает ответы на тестовые задания, отражающие изученный учебный материал, и вводит эти оценки в арифметико-логический блок 5, который обрабатывает введенные оценки для получения степени усвоения учебного материала (определяет процент выполнения тест-задачи - отношение количества полученных баллов к наибольшему количеству баллов за правильно выполненное тест-задание). Таким же образом арифметико-логический блок 5 определяет и накапливает степень усвоения учебного материала за несколько текущих моментов с времени начала изучения учебного материала и по ним находит прогноз на будущие моменты времени с помощью кубической сплайн-функции. Для этого степень усвоения учебного материала y представляется как функция от времени t, прошедшего с начала обучения y=f(t) (1) В этом случае для каждого отрезка времени [t_i, t_i+1] изменения y записываются в виде [2] где h_i = t_i+1-t_i, (3) f_i(t) = y(t), (4) m_i = f''(t_i), (5) i = 1, 2, ..., n, n - число узлов.

При известных t_i, y_i, m_i эта формула задает сплайн-аппроксимацию. Если потребовать выполнение условия f_i (t) = y_i,
то выражение (2) для кубических полиномов-сплайнов приведет к системе линейных уравнений, из которых находятся m_i:

Для получения нормальных сплайн-функций задаются дополнительные граничные условия в виде:
m_i = 0,
m_n = 0.

При t ∈ [t_i, t_n] обеспечивается интерполяция с помощью сплайн-функции (2), при t>t_n можно выполнить линейную экстраполяцию по формуле

По формуле (10) арифметико-логический блок 5 находит прогноз и выдает на блок 7 сравнения прогноза степени усвоения учебного материала и стандарта образования.

Блок 7 сравнивает стандарт образования с блока 6 задания стандарта образования и прогноз с арифметико-логического блока 5 и выдает информацию о достижении или недостижении прогноза стандарту образования, а также время, через которое будет достигнут уровень степени усвоения учебного материала, соответствующий стандарту образования в блок 1 технических средств обучения (в том числе и педагогу), который через блок 2 коррекции учебного процесса предъявляет учебный материал объекту 3 управления (обучаемым).

Описанный процесс обучения продолжается до тех пор, пока блок 7 не выдаст информацию о достижении уровня степени усвоения учебного материала, соответствующего стандарту образования.

Пример осуществления способа.

Группе учащихся после изучения дисциплины за первый учебный год на протяжении 9 месяцев с начала учебного года предлагались тестовые задачи, охватывающие эту дисциплину. Ответы вводились в компьютер и обрабатывались для получения степени усвоения данной дисциплины (определялся процент выполнения тест-задачи - отношение количества полученных баллов к наибольшему количеству баллов за правильно выполненное тест-задание).

Таким же образом проводилось тестирование тех же учащихся в следующем учебном году в конце сентября (спустя 13 месяцев с начала обучения) и декабре (спустя 16 месяцев с начала обучения). Таким образом, получили тройку координат; (9; 70, 8), (13; 67, 87), (16; 69, 59).

Была поставлена задача достичь степени усвоения учебного материала не ниже 80% (стандарт образования равен 80%).

По полученным экспериментальным данным (9; 70, 8), (13; 67, 87), (16; 69, 59) была определена зависимость по формуле (2), и по формуле (10) определялся прогноз достижения заданного стандарта (фиг. 2).

Из фиг. 2 видно, что стандарт образования достигается на 28 месяце обучения.

Для ускорения достижения стандарта образования учащиеся повторили пройденный материал в течение месяца, после чего повторили тестирование и получили результат: (17; 74, 1).

По данным (9; 70, 8), (13; 67, 87), (16; 69, 59), (17; 74, 1) была определена новая зависимость по формуле (2) и вновь по формуле (10) определялся прогноз достижения стандарта образования (фиг. 3).

Из (фиг. 3) видно, что стандарт образования достигается на 18 месяце.

Контрольное тестирование на 18 месяце показало, что степень усвоения учебного материала составила 81,2%.

Таким образом, использование предложенного способа позволило достичь стандарта образования на 10 месяцев раньше, т. е. эффективность управления процессом обучения повысилась на 35,7% ((28-18)/28).

Источники информации
1. Прокофьев А.В. Программированное обучение. Программированные учебники. Машины для обучения, Москва, Военное издательство Министерства обороны СССР, 1965, с. 66-69.

2. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке Бейсик для ПЭВМ. М., "Наука", 1987.

Формула изобретения

Способ автоматизированного управления процессом обучения, заключающийся в том, что обучаемым предъявляют учебный материал, после чего производят контроль степени усвоения учебного материала с вводом коррективов в учебный процесс, отличающийся тем, что заранее задают уровень степени усвоения учебного материала, соответствующий стандарту образования, измеряют степень усвоения учебного материала за несколько текущих моментов с времени начала изучения учебного материала и по ним находят прогноз на будущие моменты времени с помощью кубической сплайн-функции, определяют время, через которое будет достигнут уровень степени усвоения учебного материала, соответствующий стандарту образования, вводят коррективы в учебный процесс, например, повторяют учебный материал, вновь измеряют уровень степени усвоения учебного материала и находят прогноз с определением нового времени до достижения уровня степени усвоения учебного материала, соответствующего стандарту образования, повторяют этот цикл до достижения уровня степени усвоения учебного материала, соответствующего стандарту образования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3