Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Разработка интерактивных тренажерных комплексов для освоения компетенций на основе предметных онтологий

Диссертация: Разработка интерактивных тренажерных комплексов для освоения компетенций на основе предметных онтологий
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

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. На основе анализа вариантов использования игровой компоненты в образовательном процессе получены критерии сбалансированности трех основных активностей пользователя… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Современные подходы к разработке ИТК: тенденции, актуальные задачи
    • 1. 1. Инструментарий для разработки электронных тренажеров. Критерии оценки
    • 1. 2. Актуальность использования методов инженерии знаний при разработке ИТК
    • 1. 3. Анализ применимости игровой составляющей в образовательных ИТК
  • Глава 2. Структура и особенности функциональных связей ИТК
    • 2. 1. Инженерия знаний в
  • приложении к разработке ИТК
    • 2. 2. Компетентностная модель как шаблон для генерации модулей ИТК
    • 2. 3. Представление структуры компетентностной модели в формате Манчестерского синтаксиса с элементами дескриптивной логики
    • 2. 4. Система автоматической генерации модульной структуры ИТК
  • Глава 3. Внедрение игрового подхода в образовательные ИТК
    • 3. 1. Проблемы включения игровых элементов в образовательные тренажеры
    • 3. 2. ИТК в пространстве «обучение — симуляция — игра»
    • 3. 3. Модель использования игрового образовательного тренажера и алгоритм его функционирования
  • Глава 4. Апробация принципов построения ИТК на примере комплексов «Автомеханик» и «Оптик-технолог»
    • 4. 1. Общий принцип работы ИТК по специальности «Автомеханик»
    • 4. 2. Режимы работы ИТК по специальности «Автомеханик»
    • 4. 3. Апробация ИТК по специальности «Автомеханик»
    • 4. 4. Применение игровой составляющей на примере ИТК по специальности «Оптиктехнолог»

Разработка интерактивных тренажерных комплексов для освоения компетенций на основе предметных онтологий (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

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 образовательные интерактивные тренажеры (ИТ) — программы, поддерживающие обучаемого на каждом шаге решения задач. Такие тренажеры позволяют контролировать действия обучаемого и использовать полученную от него информацию для предоставления помощи.

Интерактивный тренажерный комплекс (ИТК) объединяет несколько ИТ, позволяющих вырабатывать определенные умения и навыки для формирования у обучаемого необходимой общей компетенции, что соответствует положениям федерального государственного образовательного стандарта третьего поколения (ФГОС). ИТК обеспечивают формирование навыков работы с реальным оборудованием. На монитор компьютера выводится модель инструмента (оборудования) или интерфейс программного продукта, с помощью которого обучаемый выбирает оптимальную для каждой ситуации последовательность манипуляций.

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:

— проанализированы современное состояние и тенденции 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.

В работе впервые предлагаются модель автоматической генерации модульной структуры ИТК, основанная на компетенциях ФГОС в онтологическом представлении, и алгоритм для автоматизации уровневого формирования результатов освоения компетенций ФГОС на основе модифицированного цикла Колба.

Традиционно ИТ разрабатываются на основе технического задания (ТЗ), полученного от предприятия-заказчика, а также субъективных представлений экспертов об удельном весе тех или иных умений/навыков, для выработки которых и создаются тренажеры. Такая методика позволяет приблизить разработанный программный продукт к практическим нуждам производства.

Рамки формализованного ТЗ, если оно прописано достаточно тщательно, снижают риски программистского «произвола» — увлеченности внешними эффектами, сверхреалистичной передачи образов или запутанными алгоритмами работы ИТК.

Однако методическая ценность данного подхода, особенно в перспективе, оказывается ограниченной. Производственники-практики, не имея опыта в образовательной деятельности, а тем более автоматизации, почти всегда затрудняются сформулировать положения методологии и педагогики функционирования ИТК. В основе последнего располагают систему взаимодействующих реляционных баз данных, являющихся простыми хранилищами информационных блоков, вызываемых по мере необходимости. Ориентация на нужды сегодняшнего дня не позволяет заглянуть на несколько лет вперед и адекватно сформулировать отдаленные результаты обучения. Наконец, как правило, не уделяется внимание мотивации учащегося, считается, что если он работает с тренажером по данной области знаний, то достаточно мотивирован для получения требуемых умений и навыков.

Все это подводит нас к выводу о необходимости структурировать процесс автоматизации разработки ИТК с учетом трех ключевых моментов: опора на образовательные стандарты в сочетании с перспективным анализом предметной областииспользование современных методов инженерии знаний для отображения сугубо нелинейного процесса обучения (разнородные концепты, экземпляры и классы, широкий спектр связей между ними с нетривиальной иерархией и т. п.) — применение соревновательных методов, игровой составляющей, усиление динамических компонент в интерактивном процессе обучения должно способствовать мотивации учащегося.

Заключение

.

В результате диссертационного исследования были 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;

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

— 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, оптимизируя модульную структуру ИТК;

• предложен алгоритм обеспечения методической сбалансированности всего тренажерного комплекса с помощью поэлементного анализа ОСИ;

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

Показать весь текст

Список литературы

  1. M. В. Интерактивное оборудование как инновационное средство обучения Электронный ресурс.: .
  2. Joe Ganci First Look: Adobe Captivate 5 Электронный ресурс.: .
  3. Camtasia Studio Product Tour Электронный ресурс.: .
  4. What’s New in Camtasia Studio 7.1 Электронный ресурс.: .
  5. Редактор CourseLab Электронный ресурс.: .
  6. CourseLab Teamwork новый продукт Websoft Электронный ресурс.: .
  7. В. А. Анализ инструментов разработки электронных курсов//Молодой ученый. 2011. Т. 1. № 10. С. 82−88.
  8. .В., Иванов В. В., Лукашевич Н. В., Соловьев В.Д Онтологии и тезаурусы: модели, инструменты, приложения. Учебный курс Интернет-университета информационных технологий Электронный ресурс.: .
  9. OntoStudio overview Электронный ресурс.: .
  10. What is Protege? Электронный ресурс.: .
  11. Egenfeldt-Nielsen S. Beyond Edutainment. Exploring the Educational Potential of Computer Games. PhD. Copenhagen: IT-University of Copenhagen, 2005.
  12. Okan Z. Edutainment: is learning at risk? // British Journal of Educational Technology. 2003. Vol. 34. N 3. P. 255−264.
  13. Facer K., Furlong J., Furlong R., Sutherland R. Edutainment' software: a site for cultures in conflict // Learning and Teaching Where Worldviews meet / Ed. by R. Sutherland, G. Claxton & A. Pollard. London: Trentham Books, 2003.
  14. Buckingham D., Scanlon M. Education, edutainment, and learning in the home. Cambridge: Open University Press, 2002.
  15. Bransford J. D., Brown A. L., Cocking R. R. How People Learn: Brain, Mind, Experience, and School. Washington, DC: National Academy Press, 1999.
  16. Д. А. «Когнитивные игры»: линейная импульсная модель // Проблемы управления. 2008. № 3. С. 14−22.
  17. Clegg A. A. Games and simulations in social studies education // Handbook of research on social studies teaching and learning. NY: Macmillan, 1991.
  18. Druckman D. The Educational Effectiveness // Simulation and gaming across disciplines and cultures. London: Sage Publications, 1995.
  19. Duke R. E. Opening speech: Welcome and Challenge // Simulation and gaming across disciplines and cultures. London: Sage Publications, 1995.
  20. Faria A. IBusiness simulation games after thirty years: Current usage levels // Guide to business gaming and experiential learning. East Brunswick: Nichols/GP, 1990. P. 36−47.
  21. Lee J. L. Effectiveness of the Use of Simulations in a Social Studies Classroom: ERIC, 1994.
  22. Thiagarajan S. The Myths and Realities of Simulations in Performance Technology // Educational Technology. 1998. Vol. 38. N 5. P. 35−41.
  23. Bredemeier M. E., Greenblat C. S. The educational effectiveness of simulation games: A synthesis of findings // Simulation & Games. 1981. Vol. 12. N 3. P. 307−331.
  24. Butler Т. Games and simulations: Creative Education Alternatives. TechTrends. 1988.
  25. Dorn D. S. Simulation Games: One More Tool On the Pedagogical Shelf //Teaching Sociology. 1989. Vol. 17. N 1. P. 1−18.
  26. Greenblat C. Teaching with Simulation Games: A review of Claims and Evidence // Principles of Practice of Gaming-Simulation. London: Sage Publications, 1981.
  27. Greenblat C., Duke R. E. Gaming-Simulation: Rationale Applications. London: Sage Publications, 1981.
  28. Herring R. Educational Computer games. Analog Computing. 1984.
  29. Saegesser F. Simulation-Gaming in the Classroom. Some Obstacles and Advantages // Simulation & Games. 1981. Vol. 12. N 3. P. 281−294.
  30. Van Sickle R. A Quantitative Review of Research on Instructional Simulation Gaming: A Twenty-Year Perspective // Theory Research in Social Education. 1986. Vol. 14. N 3. P. 245−264.
  31. Willis J., Hovey L., Hovey K. G. Computer simulations: A source book to learning in an electronic environment. NY: Garland Publishing, Inc. 1987.
  32. Wenger E. Communities of Practice: Learning, Meaning, and Identity. Cambridge: Cambridge University Press, 1999.
  33. Wertsch J. V. Voices of the mind: A sociocultural approach to mediated action. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1991.
  34. Wertsch J. V. Mind as action. NY: Oxford University Press, 1998.
  35. В.В., Стафеев С. К., Парфенов В. Г. и др. Проведение дистанционных экспериментальных туров олимпиад по физике с использованием программного комплекса BARSIC // Компьютерные инструменты в образовании. 2005. № 2. С. 5−15.
  36. Тренажеры спецтехники и наземного транспорта Электронный ресурс.: .
  37. Тренажерные решения для среднего и высшего профессионального образования Электронный ресурс.: .
  38. J. F., Dempsey К. В., Jackson G. Т. et al. MiBoard: iSTART Metacognitive Training through Gaming CoRR abs/1009.2205. 2010
  39. Buckingham D. Media Education: Literacy, learning, and contemporary culture. Cambridge: Polity Press, 2003.
  40. Buckingham D., Carr D., Burn A., Schott G. Computer games: Text, Narrative and Play. Cambridge: Polity Press, 2006
  41. Funk J., Buchman D. Video Game Controversies // Paediatric annals. 1995. Vol. 24. N2. P. 91−94.
  42. Gander S. Does Learning Occur through gaming // Electronic Journal of Instructional Science and Technology. 2002. Vol. 3. N 2.
  43. Gee J. P. What Video games have to teach us about learning and literacy. NY: PalGrave-McMillan, 2003.
  44. Gee J. PLearning by Design: Games as Learning Machines // Gamasutra. 2004. Vol. 24. March.
  45. Green C. S., Bavelier D. Action Video game modifies visual selective attention 11 Nature. 2003. Vol. 423. P. 534−537.
  46. Gros B. The impact of digital games in education // First Monday. 2003. Vol. 8. N 7.
  47. Kirkpatrick G. The Arrival of Computer Game Studies. 2003.
  48. Kirriemuir J., McFarlane A. The use of computer games in the classroom. 2002.
  49. Ко S. An empirical analysis of children’s thinking and learning in a computer game context // Educational-Psychology. 2002. Vol. 22. N 2. P. 219 233.
  50. Mitchell A., Savill-Smith C. The use of computer and video games for learning: A review of the literature. London: Ultralab: Learning and Skills Development Agency, 2004.
  51. Newman J. Videogames. Routledge Introductions to Media and Communications. London: Routledge, 2004.
  52. Squire K. Video games in education // Intern. J. of Intelligent Simulations and Gaming. 2003. Vol. 2. N 1.
  53. Woods S. Loading the Dice: The Challenge of Serious Videogames. Game Studies. 2004. Vol.4. N1.
  54. А. Школа игр II Игромания. 2010. № 1. С. 168−173.
  55. About Q2L Электронный ресурс.: .
  56. Т.А., Хорошевский В. Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. СПб: Питер, 2000. 384 с.
  57. 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.
  58. Ф. Экспертные системы. Принципы работы и примеры. М.: Радио и связь, 1989. 170 с.
  59. В. К. Метод структуризации и извлечения экспертных знаний: имитация консультаций //Человеко-машинные процедуры принятия решений. М.: ВНИИСИ, 1988. С. 44−57.
  60. Э.В. Экспертные системы: решение неформализованных задач в диалоге с ЭВМ. М.: Наука, 1987. 288 с.
  61. Э.В. Экспертные системы. М.: Наука, 1987. 284 с.
  62. Д. Руководство по экспертным системам. М.: Мир, 1989. 388 с.
  63. Д. И., Гаврилова Т. А. Интеллектуальные технологии в менеджменте. СПб: Высшая школа менеджмента, 2008. 488 с.
  64. JJ.C. Методология проектирования модульных компетентностно-ориентированных образовательных программ. СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. 50 с.
  65. Л. С., Лямин А. В., Шехонин А. А. Разработка рабочих программ дисциплин (модулей) в составе основных образовательных программ, реализующих ФГОС ВПО. СПб: СПбГУ ИТМО, 2011. 63 с.
  66. Kolb A. Y., Kolb D. A. Learning styles and learning spaces: enhancing experiential learning in higher education. Academy of Management Learning and Education, 2003.
  67. Kolb D. A. Experiential learning: experience as the development. Englewood Cliffs, N. J: Prentice Hall, 1984.
  68. Horridge M., DrummondN., Goodwin J. et al. The Manchester OWL syntax. OWL: Experiences and Directions (OWLED 06). Athens, Georgia, CEUR, 2006.
  69. Jolicoeur K, Berger D. E. Implementing Educational Software and Evaluating Its Academic Effectiveness: Part I // Educational Technology. 1998. Vol. 28. N 10.
  70. Jolicoeur K, Berger D. E. Implementing Educational Software and Evaluating Its Academic Effectiveness: Part II // Educational Technology. 1998. Vol. 25. N 10.
  71. Серьезные игры в обучении //Smart education. 2010 Электронный ресурс.: .
  72. Prensky М. The Motivation of Gameplay // On the Horizon. 2004. Vol. 10. N 1.
  73. Danielsen O., Olesen B. R., Sor ens en В. H. From Computer Based Educational Games to Actions in Everyday Life // Learning and Narrativity in Digital Media. 2002. P. 67−81.
  74. Martens A., Diener H., Malo S. Game-Based Learning with Computers -Learning, Simulations, and Games // T. Edutainment. 2008. Vol. 1. P. 172−190.
  75. Corbeil P. Learning from the Children: Practical and Theoretical Reflections on Playing and Learning // Simulation and Gaming. 1999. Vol. 30. N 2. P. 163−180.
  76. Johansson M., Kiiller R. Traffic Jam: Psychological assessment of a gaming simulation // Simulation & Gaming. 2002. Vol. 33. N 1. P. 67−88.
  77. Ruben B. D. Simulations, Games, and Experience-Based Learning: The Quest for a New Paradigm for Teaching and Learning // Simulation and Gaming. 1999. Vol. 30. N4. P. 498−505.
  78. Wolfe J., Crookall D. Developing a Scientific Knowledge of Simulation/Gaming // Simulation and Gaming. 1998. Vol. 29. N 1. P. 7−19.
  79. E. С., Бухаркина M. Ю., Моисеева M. В., Петров A. E. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования. М.: Изд. центр «Академия», 2005. 272 с.
  80. И. Г. Информационные технологии в образовании. М.: Изд. центр «Академия», 2003. 192 с.
  81. 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.
  82. Д. И., Гаврилова Т. А. Интеллектуальные технологии в менеджменте. СПб: Высшая школа менеджмента, 2008. 488 с.
  83. Гурский Д.A. Flash MX 2004 и Action Script: Обучение на примерах. М.: Изд. центр «Новое знание», 2003. 448 с.
  84. В.И., Стафеев С. К. Интерактивный тренажерный комплекс для государственных образовательных учреждений // Науч.-техн. вестн. СПбГУ ИТМО. 2010. Т. 69. № 5. С. 122−126.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!