Гипертекстовые тренажеры для обучения по экономическим дисциплинам тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Гипертекстовые тренажеры для обучения по экономическим дисциплинам"

На правах рукописи ЕЛЬЦИН АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ГИПЕРТЕКСТОВЫЕ ТРЕНАЖЕРЫ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ПО ЭКОНОМИЧЕСКИМ ДИСЦИПЛИНАМ

Специальность 08.00.13 - Математические и инструментальные методы

экономики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

¡1 6 КЮН 2011

Москва - 2011

4850486

Работа выполнена на кафедре информационных технологий и телекоммуникаций ГОУ ВПО «Российский государственный торгово-экономический университет».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор философских наук,

кандидат физико-математических наук,

профессор

Пасхин Евгений Николаевич

доктор экономических наук, профессор

Демин Игорь Святославович

доктор экономических наук, профессор

Пушкарев Николай Федосеевич

Центральный экономико-

математический институт РАН

Защита состоится «27» июня 2011 г. в И часов на заседании диссертационного совета Д.446.004.01 в ГОУ ВПО «Российский государственный торгово-экономический университет» по адресу: 125993, г. Москва, ул. Смольная, д. 36, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Российский государственный торгово-экономический университет».

С авторефератом можно ознакомиться на сайте Российского государственного торгово-экономического университета: w4vw.rsute.ru. Автореферат разослан «_»_2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Харакоз Ю.К.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования обусловлена тем, что в экономике

юбой развитой страны или региона обладание экономической информацией

пределяет темпы развития экономики. Информационный компонент является

оминирующим в любой деятельности. Степень развития информационного

омпонента становится одновременно индикатором развития страны или региона.

1о мнению американского исследователя Э. Брукинга, «Интеллектуальный

апитал - это термин для обозначения нематериальных активов, без которых

омпания не может существовать, усиливая конкурентные преимущества.

оставными частями интеллектуального капитала являются: человеческие

ктивы, интеллектуальная собственность, инфраструктурные и рыночные активы.

од человеческими активами подразумевается совокупность коллективных

наний сотрудников предприятия, их творческих способностей, умения решать

роблемы, лидерских качеств, предпринимательских и управленческих

авыков»1. Интеллектуальный капитал, наряду с другими видами капитала,

вляется важным фактором развития экономики. Компания может увеличить свой

нтеллектуальный капитал, инвестируя в обучение своих сотрудников. Данная

иссертация посвящена проблеме совершенствования технологий компьютерной

оддержки обучения по экономико-прикладным дисциплинам.

На современном уровне развития культуры («системно-информационная 'льтура» согласно отечественном исследователю H.H. Моисееву) во все области ания проникают математические и информационные методы. Экономисты тнуждены работать с математическими методами в компьютерных - струментальных системах, что влечет за собой необходимость владения атематикой, программированием и навыками работы в инструментальных стемах компьютера - «рациональной грамотностью». Экономист в временных условиях изучает множество курсов как собственно экономических, к и курсов по другим дисциплинам. Роль рациональной части курсов (курсы по

рукинг. Э. Интеллектуальный капитал: ключ к успеху в новом тысячелетии / Пер. с англ. под ред. Л. Н. Ковачин Питер, 2001

математике, программированию, информатике) - в «увязывании» между собо различных предметов. Эта роль фундаментальна для формирован межпредметного охвата изучаемых дисциплин.

Увеличение числа учебных дисциплин вызывает увеличение числ изучаемых курсов. Кроме традиционных книг на бумажных носителях, широко распространение в последнее десятилетие получили электронные книги гипертекстовые документы сети Интернет. С ростом сложности используемы экономистами компьютерных инструментальных систем, усложняются и учебны курсы. Источников информации становится все больше, и учащемуся все трудне в них ориентироваться. Следовательно, необходимо обеспечить условия дл развития учащегося при наличии множества сложно организованных учебны материалов. Это формирует противоречие в исследуемой проблеме: межд увеличением количества источников информации и их усложнением отставанием технологий работы с учебным материалом.

Новые информационные технологии широко применяются в облает образования. Использование компьютера в обучении становится повсеместны Компьютерные системы (здесь и далее термины «компьютерная обучающ-система» и «тренажер» являются синонимами) поддерживают различные аспект образования, облегчая труд преподавателей и повышая доступность информаци для студентов. Однако компьютерной системы, которая позволила б интегрировать используемые в течение всего периода обучения материалы дл формирования целостного (межпредметного) охвата учебных дисциплин, до си пор не создано. Такая система должна быть «дневником интеллектуальног развития» студента, фиксировать его деятельность с учебным материале помогать структурировать имеющиеся знания и получать новые путе подключения к системе новых учебных курсов. Автором предлагается создани системы «Интеллектуальное компьютерное место экономиста» для поддержк непрерывного обучения.

Степень разработанности проблемы. На проходившей в 2009 г.

Монреале 21-й Международной объединенной конференции по искусственном

4

нтеллекту в ряде докладов создание интеллектуальных обучающих систем пределяется как междисциплинарная область, объединяющая достижения таких траслей знания, как искусственный интеллект, теория познания, обучение, уществующие компьютерные обучающие системы обычно делят на два класса: нтеллектуальные обучающие системы и системы дистанционного обучения, нтеллектуальные обучающие системы используют технологии искусственного нтеллекта для моделирования предметной области и развития учащегося, днако такие системы обычно специализированы для работы в одной предметной бласти. Для работы в другой предметной области требуется ерепрограммирование базы знаний системы. Системы дистанционного обучения аправлены на поддержку обучения через Интернет, мультимедийность и ипертекстовое представление учебных материалов, Зачастую такие системы ниверсальны, т. е. могут использовать любой учебный материал, оответствующий выбранному стандарту. В настоящее время актуально создание истем, сочетающих в себе преимущества систем обоих классов.

Исследования по созданию интеллектуальных обучающих систем ведутся о многих отечественных и зарубежных институтах и университетах. Важную оль в этой области знаний имеют работы отечественных и зарубежных авторов . Поспелова, Г. Атанова, А.И. Башмакова, И.А. Башмакова, П. Брусиловского, .П. Вулфа, Дж. Андерсона, К. Конати, Дж. Брауна, Д. Слимана, Е. Венгера и др. аждые два года проводится международная научная конференция Интеллектуальные обучающие системы». Доклады по обучающим системам егулярно присутствуют в программах ведущих мировых научных конференций о искусственному интеллекту.

Проблемы совершенствования экономических информационных систем и нформационных технологий разрабатывались в трудах Т.П. Барановской, .П. Бочарова, В.И. Варфоломеева, E.H. Ефимова, А.Н. Ильченко, .И. Калиниченко, В.А. Камаева, В.В. Дика, Б.Е. Одинцова, Н.М. Абдикеева, .П. Грибанова, Н.Ф. Пушкарева, И.С. Демина и других отечественных и арубежных ученых.

Однако необходимо отметить, что, несмотря на примеры успешног создания специализированных обучающих систем, работающих в фиксированно предметной области, и систем управления обучающим контентом, работающих с специально подготовленными для них учебными курсами, до сих пор не создан системы, работающей с учебными материалами на основе электронных книг гипертекстовых документов в широкой предметной области (экономически дисциплины) и при этом ориентированной на формирование у учащегос целостного представления об изучаемых предметах.

Область настоящего исследования соответствует специальности 08.00.1 - «Математические и инструментальные методы экономики» паспорт номенклатуры специальностей научных работников ВАК Минобрнауки России ( 2.6 «Развитие теоретических основ методологии и инструментари проектирования, разработки и сопровождения информационных систем субъекто экономической деятельности: методы формализованного представлени предметной области, программные средства, базы данных, корпоративны хранилища данных, базы знаний, коммуникационные технологии»; п. 2. «Развитие гипертекстовых технологий и разработка модельных тренажеров сфере педагогической деятельности по обучению экономическим специальностя и подготовке управленческих кадров»).

Объектом исследования является система обучения по экономически дисциплинам на основе современных компьютерных технологий и систем.

Предметом исследования являются гипертекстовые тренажерь основанных на метазнаниях, для обучения по экономическим дисциплинам.

Целью исследования является создание гипертекстового тренажера п экономическим дисциплинам, направленного на формирование целостног представления учащегося об изучаемых предметах.

Для достижения указанной цели в исследовании поставлены следующи задачи:

• Спроектировать архитектуру системы «Интеллектуальное компьютерное место экономиста» (далее - «система») и основные алгоритмы ее работы на основе анализа состояния проблемной области.

• Разработать модели представления учебных материалов и алгоритмы работы с ними, позволяющие строить связи между курсами различных предметных областей.

• Разработать метод создания технологий гипертекстовой навигации по учебным материалам и их визуализации в виде графов.

• Разработать методику подготовки электронных учебных материалов на основе электронных книг.

• Разработать методику подготовки семантически связанных учебных курсов в предметной области по экономическим дисциплинам.

• Выработать критерии оценки экономической эффективности разработанной системы при решении практических задач образовательной деятельности экономических вузов и провести ее оценку.

Теоретическая и методологическая основа исследования. В

еоретической части работы использованы методы системного анализа и синтеза, атематического и компьютерного моделирования. В практической части работы спользованы объектно-ориентированные технологии проектирования, методы скусственного интеллекта, интеллектуального анализа данных, кспериментальных исследований и экспертных оценок.

Информационной базой исследования послужили выбранные в оответствии с задачами исследования учебные материалы по математике, нформатике и экономике. Эти учебные материалы были использованы для одготовки семантически связанных учебных курсов по экономико-прикладным исциплинам.

Научная новизна работы заключается в разработке комплекса методик бработки учебного материала в целях создания интеллектуальной обучающей истемы, ориентированной на формирование у учащегося целостного

представления о предметной области, что является новым решением актуально задачи разработки математических моделей и инструментальных средств в сфер обучения экономико-прикладным дисциплинам.

В диссертации получены следующие результаты, которые отвечаю требованиям научной новизны и выносятся на защиту:

• Спроектирована архитектура системы «Интеллектуальное компьютерно место экономиста» как среды для работы с электронными учебным документами в целях формирования целостного представления о изучаемых предметах.

• Разработана новая модель представления электронных учебных материале в виде семантически связанных учебных курсов с поддержко гипертекстовой навигации и визуализации учебного материала в ви графов. Для связывания курсов между собой используется разработанны автором алгоритм выделения синтезирующей структуры учебног материала.

• Разработаны новые технологии гипертекстовой навигации, которь расширяют традиционное понятие гиперссылки и повышают скорос навигации по учебному материалу.

• Разработана новая методика подготовки электронных учебных документ на основе существующих в электронном и бумажном виде учебнь материалов.

• Разработана новая методика подготовки семантически связанных учебнь курсов предметных областей по экономико-прикладным дисциплина которая позволяет с минимальными временными затратами подготавлива электронные учебные материалы с использованием межпредметных связе"

• Выработаны критерии оценки экономической эффективности предлагаем системы и на основе оценки по этим критериям показано, ч использование системы в образовательной деятельности экономическ вузов экономически целесообразно, т. к. дает экономический эффект в ви

экономии денежных средств и времени в задачах подготовки электронных учебных материалов, разработки тезаурусов и комплектования библиотечных фондов.

Практическая значимость исследования. Разработанные модели

ектронных учебных курсов, технологии гипертекстовой навигации и 1рафовой

зуализации могут быть применены при обучении по экономико-прикладным

сциплинам. Реализованные инструментальные средства могут использоваться

и формировании электронных учебных курсов по различным дисциплинам.

хнологии обработки документов, разработанные в ходе выполнения

ссертационного исследования, также могут быть использованы для создания

ектронных библиотек и каталогов, в подготовке словарных статей.

Апробация результатов исследования. Система прошла апробацию в

ГЭУ на факультете информационных технологий на кафедре информационных

хнологий и телекоммуникаций в лаборатории проблем информатизации в

ргово-экономической деятельности, а также в Академии ГПС МЧС России на

федре специальной электротехники, автоматизированных систем и связи

одтверждено соответствующими актами о внедрении). Методика подготовки

ектронных учебных материалов реализована автором в программной системе,

торая позволяет с высокой степенью автоматизации создавать электронные

ебные материалы для системы на основе электронных книг. В ходе

спериментальной проверки методики с ее помощью были подготовлены

ектронные учебные материалы по экономико-прикладным дисциплинам. По

ме диссертационного исследования были сделаны доклады на международных

учных конференциях: «Национальные традиции в экономике, торговле,

литике и культуре» (г. Москва, РГТЭУ, 2009 г.); «Ценности и интересы

временного общества» (г. Москва, РГТЭУ, 2010 г.); «Ломоносовские чтения»

"У им М.В. Ломоносова 2007, 2008, 2009, 2010 гг.); «Студенческая весна»

ИГУ им. Баумана 2007,2009,2010 гг).

Публикация результатов исследования. Основные положения, выводы и

комендации диссертационного исследования изложены в 7 опубликованных

9

работах, включая 3 статьи в сборнике, рекомендованном ВАК РФ. Общий объем публикаций 3,6 печ.л. (из них авторских - 3,3 печ.л.).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения и 3-х глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Текст диссертации изложен на 199 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 4 таблицы, библиографический список включает 104 наименования.

II. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОТЫ Во введении показаны актуальность, новизна и практическая ценность исследования, изложены задачи диссертационной работы, представлены полученные автором основные научные результаты, апробация работы и структура диссертации.

В первой главе «Анализ состояния проблемной области» рассматривается проблема обучения по экономико-прикладным дисциплинам в условиях «информационного взрыва» - увеличения количества доступных учебных материалов на электронных и бумажных носителях и усложнения учебных дисциплин, математических методов и компьютерных инструментальных систем, используемых в практической деятельности экономистов. При рассмотрении общей характеристики задачи автором показано, что в современных условиях для формирования целостного представления учащегося об изучаемых предметах необходимо разработать новые модели представления электронных учебных материалов для компьютерных обучающих систем. Для связывания между собой различных учебных материалов необходима их гипертекстовая обработка для выделения в них синтезирующих структур. Рассмотрена классификация компьютерных средств учебного назначения.

Автором приводится анализ существующих компьютерных средств учебного назначения. Вначале рассматриваются принятые критерии оценки качества электронных учебных материалов, на их основе сформулированы требования к создаваемым моделям учебных материалов. Критерии оценки учебных материалов делятся на содержательные, дидактические, технические и

зайн-эргономические. Среди технических и дизайн-эргономических критериев щелены: возможность подключения дополнительных источников знаний, в т. ч. кументов сети Интернет, удобство и эффективность навигации, поиска и ализа учебных материалов. Среди содержательных и дидактических критериев щелены: формирование целостной картины мира, установление связи данной ласти знания со смежными областями, использование развивающих мпонентов в обучении, развитие способности самостоятельного приобретения аний, умений, навыков, стимулирование познавательной активности, аптивность обучающей системы к индивидуальным особенностям обучаемого, втором рассмотрены существующие критерии оценки экономической фективности информационных систем. Разработка и внедрение формационной системы являются экономически целесообразными, если ее пользование ведет к экономии денежных, трудовых или временных ресурсов. , как следствие, рассматриваются достижения в развитии интеллектуальных учающих систем в отношении данной задачи.

При рассмотрении теоретической основы для выполнения работы описаны дагогические и математические теории, которые легли в основу разработки стемы «Интеллектуальное компьютерное место экономиста». Используется етодика «Универсального обучения», задачей которой является формирование у ащегося целостной картины изучаемых предметов. Важной особенностью ономической предметной области является широкое использование атематических методов и информационных систем. Поэтому в качестве нцептуальной основы предметной области используется «фундамент учебного рса» - совокупность структурированных учебных материалов, необходимых [ выстраивания связей между учебными материалами различных предметных ластей (межпредметных связей). Концептуальная основа предметной области стемы (математика, программирование, информатика) формализуется при омощи используемой модели предметной области.

Таким образом, в первой главе показано, что для решения задачи

ормирования целостного представления учащегося об изучаемых предметах в

11

современных условиях необходима адаптация гипертекстовых технологий с целью выявления синтезирующих структур; приведены критерии качества электронных учебных материалов и экономической эффективности обучающих систем и показано, что полных аналогов разрабатываемой системе по широте охвата предметной области (математика, информатика, программирование, математические и информационные методы экономики), предложенному подходу к структурированию предметной области, ориентированности на целостное (синтезирующее) представление учебных материалов пока не создано; рассмотрены теоретические основы представления в системе учебных материалов и формирования межпредметных связей.

Во второй главе «Проектирование интеллектуального компьютерного места экономиста» на основе изложенных в первой главе теоретических основ построения системы автором проведено проектирование интеллектуального компьютерного места экономиста и разработано представление учебных материалов для системы, приведены модели электронных учебных материалов и алгоритмы выстраивания связей между ними. На основе предложенной классификации курсов по уровню концептуальности изложения учебного материала предложена методика иерархической структуризации учебного материала. Предметной областью для системы являются курсы по экономико-прикладным дисциплинам и поддерживающие их учебные материалы, содержащие математическую основу используемых в экономических курсах методов. Необходимо отметить, что подбор учебных материалов для системы осуществляется при участии эксперта в выбранной предметной области. Автором разработаны инструменты для подготовки и анализа электронных учебных материалов, которые облегчают труд эксперта по подбору и подготовке курсов.

Система при формировании электронных учебных документов

основывается на существующих учебных материалах на бумажном и электронном

носителях. Исходя из этого разработана модель представления учебных

материалов, которая позволяет проанализировать структуру документа,

соответствующую авторскому представлению о нем. Авторский курс в системе

12

меет следующее многоуровневое представление: К =<{)р-Х)л;-\)СЕТ,,Ь-,РА'"п >, де - множество понятий курса (обычно берутся из предметного указателя ниги),11л- - курс как концептуальная совокупность пример-проблем (основных еорем, примеров, результатов курса), II СЕТ - курс как синтезирующая овокупность структурных единиц текста - минимальных синтезирующих диниц, охарактеризованных вхождениями понятий, I- древовидная логическая труктура курса на основе его оглавления, рАт- авторские предикаты, иксирующие связность выделенных элементов курса (с точки зрения авторского редставления текста). Связь между структурными единицами текста станавливается по наличию в них общих понятий, связь между понятиями станавливается по их общим вхождениям в структурную единицу текста. Связи озволяют представить структуры курса в виде графов. Это позволяет применять етоды теории графов для анализа учебных материалов, например алгоритмы оиска пути в графе для связывания учебных материалов между собой.

Учебный курс системы состоит из «фундамента учебного курса» и ерархически структурированных профессиональных авторских курсов. Для ормирования фундамента учебного курса системы используются онцептуальные курсы (курсы с доступным изложением проблем-заданий -ундаментальных теорем, служащих математической основой предметной бласти). За счет обработки материала эти курсы имеют хорошую связность друг другом. Профессиональные курсы (в т. ч. курсы, ориентированные на кономистов) отображаются на фундамент учебного курса. Это позволяет беспечить учащемуся целостное представление об изучаемом материале и его оложении в предметной области, о взаимосвязях с другими учебными атериалами и возможностях для интеллектуального развития на базе связывания ебных материалов.

Фундамент учебного курса Я формируется на основе специально одобранных учебных материалов с представлением знания в виде логического ывода теорем из зафиксированных аксиом (назовем это «логической упаковкой

знания»). Фундамент учебного курса обеспечивает отображения понятий из индекса учебного курса (сформирован экспертом в предметной области на основе ее анализа) на понятия авторских курсов с целью связать проблем-задания учебного курса с пример-проблемами авторских курсов. Проблем-задание содержит общую формулировку фундаментальной проблемы (теорема, фиксирующая определенное достижение математического знания), которая поясняется с помощью соответствующих ему пример-проблем фундамента учебного курса. Учебный курс в системе представляется в виде 5? =(и^„;и^;/ = ирг). Поясним формулу: \}Ка - фундамент учебного курса и совокупность иерархически структурированных авторских курсов, 112,, совокупность проблем-заданий, 1=Ирг - индекс учебного курса.

Иерархическая структуризация учебного материала осуществляется путем расположения учебных материалов в трехуровневые цепочки, построенные н основе проблем-заданий. Интерфейс-индекс, используемый для связываш курсов между собой, - это совокупность кортежей, каждый из которь обозначает связь двух понятий разных курсов. Сверху расположено проблем задание 1, которое мы хотим раскрыть в данной цепочке. Далее в три уров! расположены курсы в порядке убывания концептуальности изложения учебног

2 ¡тЫ. . т/- 1п 1Ы2 . V- ~т7~ _

______г______ _1—> А,-—>л-2-—, где г- проблема-задание

К - уровни курсов, интерфейс-индексы.

Уровни курсов: Концептуальные курсы (фундамент учебного курса) Я", представлены курсами с изложением концептуальной основы предметов. Он служат источниками ясного представления пример-проблем, лишенног подробного изложения деталей, свойственного курсам, ориентированным н профессиональное развитие учащегося в предмете (такие подробност затрудняют понимание фундаментальных проблем). Подробные курсы Кг представлены курсами с логической упаковкой знания, легко поддающейс анализу. В них пример-проблемы имеют профессиональную разработку

позволяющую рассмотреть их с точки зрения тех целей, которые преследовал автор при создании курса. Профессиональные курсы К, - представлены с описанием применения методов подробных курсов к решению профессиональных задач. Примеры - руководства по языкам программирования, книги из серии «Математика в экономике».

Межпредметные связи в системе определяются как семантические связи между курсами, используемые для формирования целостного (синтезирующего) представления о предметной области. Межпредметные связи строятся как пути в комбинированном графе пример-проблем учебного курса (объединение графов пример-проблем авторских курсов происходит с использованием интерфейс-индексов). Связывание далеких между собой авторских курсов КА и К„ (рис. 1) происходит путем поиска для них наиболее близких по множеству понятий курсов фундамента учебного курса, после чего ищется путь в общем графе пример-проблем курсов.

Поясним рис. 1: курсы фундамента учебного курса обведены прямоугольником, отмеченным АГ,. Тонкими линиями обозначены связи между курсами фундамента учебного курса, толстыми - связи выбранных курсов КА и Кв с курсами фундамента. Алгоритм построения межпредметных связей приведен на рис. 2:

Рис. 1. Межпредметные связи

У ад,и* /

Расширение и модификация фундамента учебного курса

Нахождение ближайших курсов, построение интерфейс-индексов и связей пример-проблем

Нет

Найти путь от КА до Кд в графе пример-проблем

Зафиксировать интерфейс-индексы и связи пример-проблем

Рис. 2. Алгоритм построения межпредметных связей

В рамках построения математических моделей для интеллектуального компьютерного места экономиста проводится процесс формализации обучения в системе на основе изучения языка второй грамотности. Приведено схематическое описание процесса обучения в двух вариантах - в рамках изучения одного авторского курса и в рамках всей предметной области. Для описания интеллектуального состояния учащегося автором вводится динамическая модель учащегося (ДМУ). Динамическая модель учащегося рассматривается в двух видах - в рамках сеанса работы с отдельным курсом и в рамках работы со всей моделью предметной области. Также динамическая модель учащегося хранит историю работы учащегося в системе, что позволяет организовать повторение изучения материала в условиях непрерывного образования. Динамическая модель учащегося в рамках всей предметной области выражается в виде: ¥м >, где 1)2,11 ря - множество проблем-заданий и понятий

учебного курса, известных учащемуся, 51 - точка метамодели предметной области, соответствующая текущему учебному материалу, Ук - модель учащегося в рамках того курса, с которым он в данный момент работает, Нм - история работы учащегося в рамках всей предметной области, в которой хранится информация о его сеансах работы. Целевая модель учащегося в рамках всей предметной области представляется в виде: Уи =<1)2,и/>31,5>, где Цг -

множество проблем-заданий учебного курса, 11р,л - множество понятий языка второй грамотности, 5 - точка с координатами (Специальное, Информатика, Современный аксиоматический метод) - максимальная цель обучения в системе. Функция рассогласованности ДМУ р вводится как характеристика

несоответствия знания учащегося знанию системы: р(У, У) =< Dz$г((J!д, ,Ок)>, где С) - функция рассогласования графов в=<р,Р> и О =</>,?>, где р-

понятия (вершины графа), Р - предикаты (ребра графа). Функция рассогласования графов вводится как симметрическая разность множеств вершин

и ребер данного графа: (?) =<рВр,Р0Р>. Процесс обучения в системе

можно рассматривать как процесс минимизации функции рассогласованности р.

Для соответствия интересам классов пользователей системы - учащихся, преподавателей и экспертов - в предметной области автором разработана трехуровневая клиент-серверная архитектура системы, введены уровни функционирования системы - Рабочее место (РМ), Обучающая система (ОС), Интеллектуальная обучающая система (ИОС). «Рабочее место» является адаптивной средой пользователя для исследования, поиска и хранения документов посредством навигации с учетом истории взаимодействия с ними. Главной целью этого уровня является обеспечение учащегося условиями для работы с отдельными авторскими курсами при использовании учебного курса -«прочтение» авторского курса с привлечением дополнительных учебных материалов. Главной целью уровня «Обучающей системы» является создание среды, в которой учащийся сможет работать с учебным курсом. Учебный курс на этом уровне зафиксирован. Учащийся выбирает проблем-задания, которые он хотел бы освоить, и система подбирает для него материалы разного уровня сложности. Уровень «Интеллектуальная обучающая система» является развитием уровня «Обучающей системы» до системы искусственного интеллекта на базе интеллектуальных операций.

На рис. 3 приведена модульная структура системы, построенная на основе клиент-серверной архитектуры.

Клиентский модуль

Редактор-браузер авторского курса

Интерфейс учащегося

Редактор-браузер учебного курса

Рис.3. Модульная структура системы. Автором подробно рассмотрены клиентский модуль (обеспечивает редактирование, навигацию и анализ учебных материалов), серверный модуль (обрабатывает запросы клиентского модуля, взаимодействует с базой знаний) и сетевой интерфейс, обеспечивающий взаимодействие вышеуказанных модулей. База знаний системы служит для хранения метазнаний о предметной области, учебных материалов и пользовательской информации.

В рамках клиентского модуля автором разработаны новые виды гипертекстовой навигации по курсу. Реализованы следующие виды гипертекста:

• Традиционное представление - гипертекст на основе понятий. Две структурные единицы текста (СЕТ) считаются связанными, если множества их понятий пересекаются. Коэффициент связности вычисляется как отношение количества общих понятий СЕТов к сумме количеств понятий связанных СЕТов.

• Логическое представление - гипертекст в соответствии с логической иерархией курса, позволяющий соотносить пример-проблемы курса с элементами оглавления и проводить навигацию по ним.

• СЕТовый гипертекст, построенный в соответствии с логической иерархией курса. Данный вид гипертекста построен на логической иерархии курса.

Чем ближе друг к другу находятся элементы в этой иерархии, тем выше их коэффициент связности.

• Синтезирующе-СЕТовый гипертекст - гипертекст, в котором элементы считаются связанными тогда и только тогда, когда они относятся к одному синтезирующему элементу. В качестве синтезирующих элементов выступают пример-проблемы.

• Гипертекст пример-проблем - гипертекст, позволяющий проводить навигацию в рамках пример-проблем. Соответственно, близкими считаются элементы текста, относящиеся к одной пример-проблеме.

• Гипертекст рассогласования представлений пример-проблем, СЕТов, логической структуры. Под рассогласованием понимается поиск связанных элементов не по всему курсу, а только по части курса, выбранной учащимся.

Таким образом, во второй главе показано, что разработанные автором

модели и алгоритмы позволяют строить семантически связанные учебные курсы,

что является решением одной из главных задач исследования; приведено

описание модулей системы, их взаимодействия между собой для их

экспериментальной реализации и спроектирована структура базы знаний для

хранения учебных материалов и проведения их экспериментальных

исследований; показано, что спроектированная архитектура системы отвечает

целям и задачам исследования и позволяет приступить к реализации прототипа

системы для проведения экспериментальных исследований учебного материала.

Третья глава «Экспериментальная реализация интеллектуального

компьютерного места экономиста» посвящена экспериментальной реализации

системы. В ней описаны разработанная автором система подготовки учебных

материалов, реализованные автором прототипы серверного и клиентского

модулей системы. На основе разработанных программных средств автором был

проведен эксперимент по созданию семантически связанных учебных курсов по

экономико-прикладным дисциплинам. На основе результатов эксперимента

автором проверены адекватность и корректность используемых моделей и

19

методик. Приведены расчеты, показывающие экономическую целесообразность внедрения системы в образовательную деятельность экономического вуза.

Для создания учебных материалов на базе существующих учебных пособий на электронном и бумажном носителях автором разработана методика подготовки учебных материалов и реализованная на ее основе система подготовки учебных материалов (авторской поддержки). Эта система дает возможность в автоматизированном режиме подготавливать авторские курсы из документов в формате электронной книги, что позволяет использовать в качестве учебных материалов для системы различные источники знания - от книг на бумажном носителе до документов сети Интернет. Приводится методика подготовки авторского курса (рис. 4) для перевода его в разработанный автором формат электронного документа. Приведено описание средств для работы с авторскими и учебными курсами с целью выстраивания иерархии учебного материала и построения межпредметных связей. К'

ABBYY Fine Reader 7.0

MS Word

К"

pdf, „* '¿(Vli

ТЗТ:

• jxt J Шаблон .dot

К2

doc

Библиотека макросов (VBA)

ttl:

Схема .xsd

KL

Java API для XML

i xml

r=K

Рис. 4. Методика подготовки авторского курса Методика подготовки авторского курса из состояния электронной книги К0 :

1. Используется программа для оптического распознавания текста. На выходе - неструктурированный текст К'.

2. Обработка распознанного текста средствами Microsoft Word - получаем текст К2 с ориентирами для разметки структуры.

3. Макробиблиотека для Microsoft Word - первичная разметка структур документа - получаем Кг (XML-представление предварительной обработки структуры).

4. Программа «Погружение знания» (на Java) для окончательной разметки структур документа и его анализа - получаем К4.

Для окончательного редактирования и настройки учебных материалов спользуется разработанный автором редактор-браузер авторского курса.

Автором разработано два алгоритма: для автоматизированного поиска ример-проблем в тексте курса - алгоритм на базе регулярных выражений еоремы, задачи, примеры обычно выделены в тексте) и алгоритм втоматизированной генерации предметного указателя на основе текста книги, спользующий устойчивые шаблоны сочетаний частей речи.

Для проверки предложенных в работе моделей и алгоритмов автором роведен эксперимент на учебном материале по экономико-прикладным исциплинам. Эксперимент включает в себя подготовку электронных учебных атериалов как ло курсам, ориентированным на студентов-экономистов атематическим и информационным методам в экономике), так и по атематическим дисциплинам (база для изучения рационального языка). 1атериал подбирался для демонстрации описанных в диссертации методов на римере «решение задач линейного программирования в Excel». Выбранные урсы уровней К, и К2 (для обучения рациональному языку), а также курсы для ономистов уровня А'3 рассмотрены с точки зрения учебных целей системы, редложены варианты построения цепочек учебного материала для поддержки ыбранных проблем-заданий и схема выстраивания выбранных курсов в ехуровневую иерархическую структуру для обеспечения развития учащегося, еализованный прототип системы и учебные материалы, полученные в результате сперимента, были оценены по приведенным выше критериям качества ектронных учебных материалов. Выяснилось, что созданная система одготовки учебных материалов позволяет в короткие сроки в втоматизированном режиме подготавливать электронные учебные материалы, а азработанные модели учебных материалов и методы работы с ними позволяют овысить эффективность поиска, навигации и анализа учебных материалов, месте с тем, с точки зрения дидактических критериев, система позволяет

построить межпредметные связи, т. е. решает задачу формирования целостного представления учащегося об изучаемых предметах.

Экспериментальная реализация показала возможность создания семантически связанных учебных курсов по экономико-прикладным дисциплинам по описанным в диссертации методикам. Проверена адекватность моделей авторского и учебного курсов. Подтверждена работоспособность предложенной методики подготовки авторских курсов из электронных документов и алгоритмов (построение предметного указателя, поиск пример-проблем, понятий в структурных единицах текста). Важным достижением стало то, что удалось экспериментально построить теоретически предсказанные межпредметные связи между авторскими курсами, используя фундамент учебного курса. Таким образом, можно заключить, что цель, поставленная в исследовании, - совершенствование качества подготовки учебных материалов, достигнута.

Для оценки экономического эффекта от внедрения системы автором

построена модель оценки экономической эффективности использования системы

в практической деятельности экономического вуза. В качестве критериев

экономической эффективности системы взяты экономия времени и денежных

средств при подготовке электронных учебных материалов по экономико-

прикладным дисциплинам, комплектованию библиотечных фондов

экономического вуза и подготовке тезаурусов для различных предметных

областей. Расчеты по построенной модели показали экономическую

целесообразность внедрения интеллектуального компьютерного места

экономиста. В частности, в задаче комплектования библиотечных фондов вуза по

заданному учебному плану экономия средств составит около 40%, а в задаче

подготовки электронных учебных материалов система дает экономию

затраченного времени примерно в 2 раза по сравнению с аналогами. Оценки

экономии средств и времени получены на основе экспериментальных

исследований, проведенных в ходе внедрения системы в РГТЭУ. Автором

показано, что внедрение системы позволит снизить временные и денежные

22

траты на создание электронных учебных материалов, комплектование иблиотечных фондов, составление тезаурусов и подготовку словарных статей, а кже позволит сэкономить время студентов и преподавателей за счет более гстрого поиска учебных материалов, гипертекстовой навигации по ним и их афовой визуализации.

Таким образом, в третьей главе представлена методика подготовки ектронных учебных материалов, позволяющая в автоматизированном режиме дготавливать электронные учебные курсы и устанавливать межпредметные язи; показано, что использование системы экономически целесообразно, т. к. иводит к экономии времени преподавателей, студентов и авторов учебных атериалов.

III. ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

• Спроектированная архитектура и предложенные алгоритмы работы системы «Интеллектуальное компьютерное место экономиста» отвечают цели и задачам исследования.

• Разработанная модель семантически связанных учебных курсов с поддержкой гипертекстовой навигации и графовой визуализации учебного материала повышает наглядность и скорость поиска учебного материала.

• Разработанные технологии гипертекстовой навигации повышают скорость навигации по учебному материалу.

• Разработанная и реализованная в виде программной системы новая методика подготовки авторских курсов позволяет с высокой степенью автоматизации подготавливать электронные учебные материалы для системы на основе электронных книг.

• Разработанная методика подготовки семантически связанных учебных курсов предметных областей по экономико-прикладным дисциплинам позволяет с минимальными временными затратами подготавливать электронные учебные материалы с использованием межпредметных связей.

• Использование разработанной системы в образовательной деятельност экономических вузов целесообразно, т. к. дает эффект в виде экономи денежных средств и времени на подготовку электронных учебнь материалов.

IV. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендованны ВАК:

1. Ельцин A.B. Интеллектуальное компьютерное место экономиста. // Вестни РГТЭУ 2009. № 8. - 0,5 печ.л.

2. Ельцин A.B. Гипертекстовые технологии в обучении по экономико прикладным дисциплинам // «Аудитор» 2011, № 1. - 0,5 печ.л.

3. Ельцин A.B., Нечаев Д.Ю. Межпредметные связи в обучении по экономико прикладным дисциплинам. // Вестник РГТЭУ № 3, 2011. - 0,6 печ.л. (из ни авторских - 0,3 печ.л.).

Статьи в научных сборниках, доклады на конференциях:

4. Ельцин A.B. Учебные материалы в ИОС // Программные системы инструменты. М.: МГУ ВМК, 2008. - 0,5 печ.л.

5. Ельцин A.B. Межпредметные связи на примере предметной облает «Математические методы в экономике» // IX Васильевские чтения Материалы международной научно-практической конференции «Ценност и интересы современного общества». - М.: Изд-во РГТЭУ, 2010. - 0,5 печ.л.

6. Ельцин A.B. Подготовка материала для интеллектуального компьютерног места экономиста. // VII Румянцевские чтения. Материалы международно" научно-практической конференции «Экономика, государство и общество XXI веке», М.: Изд-во РГТЭУ, 2009. - 0,5 печ.л.

7. Ельцин A.B. Интеллектуальная поддержка компьютерного месте экономиста. // Сборник научных статей аспирантов и соискателей. / По£ ред. С.Н. Бабурина М.: РГТЭУ, 2008. - 0,5 печ.л.

Напечатано с готового оригинал-макета

Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИД N 00510 от 01.12.99 г. Подписано в печать 23.05.2011 г. Формат 60x90 1/16. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 224. Тел. 939-3890. Тел./факс 939-3891. 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к.

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата экономических наук, Ельцин, Андрей Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И

ТЕРМИНОВ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМНОЙ ОБЛАСТИ.

1.1 Общая характеристика задачи.

1.1.1 Современные тенденции в образовании.

1.1.2 Гипертекстовые технологии в обучающих системах.

1.1.3 «Интеллектуальное компьютерное место экономиста» как обучающая система

1.2 Анализ тенденгщйразвития компьютерных обучающих систем.

1.2.1 Критерии качества электронных учебных материалов.

1.2.2 Тенденции развития зарубежных интеллектуальных обучающих систем.

1.2.3 Тенденции развития отечественных интеллектуальных обучающих систем

1.3 Теоретическая основа для выполнения работы.

1.3.1 Используемые педагогические концепции.

1.3.2 Язык второй грамотности.

1.3.3 Модель предметной области.

1.3.4 Детализация поставленных задач.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРНОГО МЕСТА ЭКОНОМИСТА.

2.1 Представление учебных материалов в системе.

2.1.1 Авторский курс в системе.

2.1.2 Учебный курс в системе.

2.1.3 Иерархия учебного материала.

2.1.4 Межпредметные связи.

2.2 Описание процесса обучения в системе.

2.2.1 Модель учащегося в системе.

2.2.2 Схема процесса обучения в рамках авторского курса.

2.2.3 Схема процесса обучения в рамках всей предметной области.

2.3 Архитектура «Интеллектуального компьютерного места экономиста».

2.3.1 Классы пользователей системы.

2.3.2 Уровни архитектуры системы.

2.3.3 Функциональная схема системы.

2.4 Модульная структура «Интеллектуального компьютерного места экономиста».

2.4.1 Клиентский модуль.

2.4.2 Серверный модуль.

2.4.3 Сетевой модуль.

2.4.4 База знаний «Интеллектуального компьютерного места экономиста».

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО

КОМПЬЮТЕРНОГО МЕСТА ЭКОНОМИСТА.

3.1 Реализация системы авторской поддержки.

3.1.1 Система подготовки отдельного авторского курса.

3.1.2 Система редактирования учебного материала на уровне модели предметной области.

3.1.3 Графовый модуль.

3.2 Результаты эксперимента на подготовленном учебном материале

3.2.1 Выбор учебных материалов для эксперимента.

3.2.2 Экспериментальная проверка алгоритмов и моделей.

3.2.3 Результаты эксперимента.

3.3 Оценка экономической эффективности внедрения системы в образовательную деятельность экономического вуза.J

3.3.1 Применение системы для создания электронных учебников.

3.3.2 Применение системы для комплектования библиотечных фондов вуза.

3.3.3 Применение системы в процессе обучения студентов экономического вуза

3.3.4 Применение системы для создания тезаурусов.

Выводы по главе 3.

Диссертация: введение по экономике, на тему "Гипертекстовые тренажеры для обучения по экономическим дисциплинам"

Актуальность темы исследования обусловлена тем, что в экономике любой развитой страны или региона обладание экономической информацией определяет темпы развития экономики. Информационный компонент начинает доминировать в любой деятельности. Степень развития информационного компонента становится одновременно индикатором развития страны или региона. Информация - ресурс развития, уровень развития информационных технологий определяет темп этого развития [15]. По мнению Э. Брукинга, «Интеллектуальный капитал - это термин для обозначения нематериальных активов, без которых компания не может существовать, усиливая конкурентные преимущества. Составными частями интеллектуального капитала являются: человеческие активы, интеллектуальная собственность, инфраструктурные и рыночные активы. Под человеческими активами подразумевается совокупность коллективных знаний сотрудников предприятия, их творческих способностей, умения решать проблемы, лидерских качеств, предпринимательских и управленческих навыков»1. Интеллектуальный капитал, наряду с другими видами капитала, является важным фактором развития экономики. Компания может увеличить свой интеллектуальный капитал, инвестируя в обучение своих сотрудников. Данная диссертация посвящена проблеме совершенствования технологий компьютерной поддержки обучения по экономико-прикладным дисциплинам.

На современном уровне развития культуры («системно-информационная культура» по H.H. Моисееву) во все области знания проникают математические и информационные методы. Экономисты вынуждены работать с математическими методами в компьютерных инструментальных системах, что влечет за собой необходимость владения математикой, программированием и навыками работы в инструментальных

1 Брукинг, Э. Интеллектуальный капитал: ключ к успеху в новом тысячелетии / Пер. с англ. под ред. Л. Н. Ковачин. — Питер, 2001. системах компьютера — «рациональной грамотностью». Экономист в современных условиях изучает множество курсов как собственно экономических, так и курсов по другим дисциплинам. Роль рациональной части курсов (курсы по математике, программированию, информатике) - в «увязывании» между собой различных предметов. Эта роль фундаментальна для формирования межпредметного охвата изучаемых дисциплин.

Увеличение числа учебных дисциплин вызывает увеличение числа изучаемых курсов. Кроме традиционных книг на бумажных носителях широкое распространение в последнее десятилетие получили электронные книги и гипертекстовые документы сети Интернет. Это дополняется усложнением учебных курсов, вызванным ростом сложности используемых экономистами компьютерных инструментальных систем. Источников информации становится все больше, и учащемуся все труднее в них ориентироваться. Следовательно, необходимо обеспечить условия для развития учащегося при наличии множества сложно организованных учебных материалов. Это формирует противоречие в исследуемой проблеме: между увеличением количества источников информации и их усложнением и отставанием технологий работы с учебным материалом.

Новые информационные технологии широко используются в образовании. Использование компьютера в обучении становится повсеместным. Компьютерные системы (здесь и далее термины «компьютерная обучающая система» и «тренажер» являются синонимами) поддерживают различные аспекты образования, облегчая труд преподавателей и повышая доступность информации для студентов. Однако компьютерной системы, которая позволила бы интегрировать используемые в течение всего периода обучения материалы для формирования целостного (межпредметного) охвата учебных дисциплин, до сих пор не создано. Такая система должна быть «дневником интеллектуального развития» студента, фиксировать его деятельность с учебным материалом, помогать структурировать имеющиеся знания и получать новые путем подключения к системе новых учебных курсов. Автором предлагается создание системы «Интеллектуальное компьютерное место экономиста» для поддержки непрерывного обучения.

Степень теоретической разработанности темы. На проходившей в 2009 г. 21-й Международной объединенной конференции по искусственному интеллекту в ряде докладов создание интеллектуальных обучающих систем определяется как междисциплинарная область, объединяющая достижения таких отраслей знания, как искусственный интеллект, теория познания, обучение [86].

Существующие компьютерные обучающие системы обычно делят на два класса: интеллектуальные обучающие системы и системы дистанционного обучения [113]. Интеллектуальные обучающие системы используют технологии искусственного интеллекта для моделирования предметной области и развития учащегося. Однако такие системы обычно специализированы для работы в одной предметной области. Для работы в другой предметной области требуется перепрограммирование базы знаний системы. Системы дистанционного обучения направлены на поддержку обучения через Интернет, мультимедийность и гипертекстовое представление учебных материалов. Зачастую такие системы универсальны, т. е. могут использовать любой учебный материал, соответствующий выбранному стандарту. В настоящее время актуально создание систем, сочетающих в себе преимущества систем обоих классов.

Исследования по созданию интеллектуальных обучающих систем ведутся во многих отечественных и зарубежных институтах и университетах. Важную роль в этой области знаний имеют работы Д. Поспелова, Г. Атанова, П. Брусиловского, Б.П. Вулфа, Дж. Андерсона, К. Конати, Дж. Брауна, Д. С лимана, Е. Венгера и др. Каждые два года проводится международная научная конференция «Интеллектуальные обучающие системы» [110]. Доклады по обучающим системам регулярно присутствуют в программах ведущих мировых научных конференций по искусственному интеллекту.

Проблемы совершенствования экономических информационных систем и информационных технологий разрабатывались в трудах Т.П. Барановской, Е.П. Бочарова, В.И. Варфоломеева, E.H. Ефимова, А.Н. Ильченко, В.И. Калиниченко, В.А. Камаева, В.В. Дика, Б.Е. Одинцова, Н.М. Абдикеева, В.П. Грибанова, Н.Ф. Пушкарева, И.С. Демина и других отечественных и зарубежных ученых.

Однако необходимо отметить, что, несмотря на примеры успешного создания специализированных обучающих систем, работающих в фиксированной предметной области, и систем управления обучающим контентом, работающих со специально подготовленными для них учебными курсами, до сих пор не создано системы, работающей с учебными материалами на основе электронных книг и гипертекстовых документов в широкой предметной области (экономико-прикладные дисциплины) и при этом ориентированной на формирование у учащегося целостного представления об изучаемых предметах.

Тема исследования соответствует паспорту специальности 08.00.13 (п. 2.6 «Развитие теоретических основ методологии и инструментария проектирования, разработки и сопровождения информационных систем субъектов экономической деятельности: методы формализованного представления предметной области, программные средства, базы данных, корпоративные хранилища данных, базы знаний, коммуникационные технологии»; п. 2.9 «Развитие гипертекстовых технологий и разработка модельных тренажеров в сфере педагогической деятельности по обучению экономическим специальностям и подготовке управленческих кадров»).

Объектом' исследования является система обучения по экономическим дисциплинам на основе современных компьютерных технологий и систем.

Предметом исследования являются гипертекстовые тренажеры, основанных на метазнаниях, для обучения по экономическим дисциплинам.

Целью исследования является создание гипертекстового тренажера по экономическим дисциплинам, направленного на формирование целостного представления учащегося об изучаемых предметах.

Для достижения этой цели в диссертационном исследовании были поставлены следующие задачи: Спроектировать архитектуру системы «Интеллектуальное компьютерное место экономиста» (далее - «система») и основные алгоритмы ее работы на основе анализа состояния проблемной области. в Разработать модели представления учебных материалов и алгоритмы работы с ними, позволяющие строить связи между курсами различных предметных областей.

• Разработать метод создания технологий гипертекстовой навигации по учебным материалам и их визуализации в виде графов. в Разработать методику подготовки электронных учебных материалов на основе электронных книг.

• Разработать методику подготовки семантически связанных учебных курсов в предметной области по экономическим дисциплинам.

• Выработать критерии оценки экономической эффективности разработанной системы при решении практических задач образовательной деятельности экономических вузов и провести ее оценку.

Теоретическая и методологическая основа исследования. В теоретической части работы использованы методы системного анализа и синтеза, математического и компьютерного моделирования. В практической части работы использованы объектно-ориентированные технологии проектирования, методы искусственного интеллекта, интеллектуального анализа данных, экспериментальных исследований и экспертных оценок.

Информационной базой исследования послужили выбранные в соответствии с задачами исследования учебные материалы по математике, информатике и экономике. Эти учебные материалы были использованы для подготовки семантически связанных учебных курсов по экономико-прикладным дисциплинам.

Научная новизна работы заключается в разработке комплекса методик обработки учебного материала в целях создания интеллектуальной обучающей системы, ориентированной на формирование у учащегося целостного представления о предметной области, что является новым решением актуальной задачи разработки математических моделей и инструментальных средств в сфере обучения экономико-прикладным дисциплинам.

В диссертации получены следующие результаты, которые отвечают требованиям научной новизны и выносятся на защиту:

• Спроектирована архитектура системы «Интеллектуальное компьютерное место экономиста» как среды для работы с электронными учебными документами в целях формирования целостного представления об изучаемых предметах. ® Разработана новая модель представления электронных учебных материалов в виде семантически связанных учебных курсов с поддержкой гипертекстовой навигации и визуализации учебного материала в виде графов. Для связывания курсов между собой используется разработанный автором алгоритм выделения синтезирующей структуры учебного материала. © Разработаны новые технологии гипертекстовой навигации, которые расширяют традиционное понятие гиперссылки и повышают скорость навигации по учебному материалу. о Разработана новая методика подготовки электронных учебных документов на основе существующих в электронном и бумажном виде учебных материалов, в Разработана новая методика подготовки семантически связанных учебных курсов предметных областей по экономико-прикладным дисциплинам, которая позволяет с минимальными временными затратами подготавливать электронные учебные материалы с использованием межпредметных связей. Выработаны критерии оценки экономической эффективности предлагаемой системы и на основе оценки по этим критериям показано, что использование системы в образовательной деятельности экономических вузов экономически целесообразно, т. к. дает экономический эффект в виде экономии денежных средств и времени в задачах подготовки электронных учебных материалов, разработки тезаурусов и комплектования библиотечных фондов. Теоретическая и практическая значимость результатов исследования. Разработанные модели электронных учебных курсов, технологии гипертекстовой навигации и графовой визуализации могут быть применены при обучении по экономико-прикладным дисциплинам. Реализованные инструментальные средства могут использоваться при формировании электронных учебных курсов по различным дисциплинам. Технологии обработки документов, разработанные в ходе выполнения диссертационного исследования, также могут быть использованы для создания электронных библиотек и каталогов, подготовки словарных статей.

Апробация и реализация результатов исследования. Система прошла апробацию в РГТЭУ на факультете информационных технологий на кафедре информационных технологий и телекоммуникаций в лаборатории проблем информатизации в торгово-экономической деятельности? а также в Академии ГПС МЧС России на кафедре специальной электротехники, автоматизированных систем и связи (подтверждено соответствующими актами о внедрении). Методика подготовки электронных учебных материалов реализована автором в программной системе, которая позволяет с высокой степенью автоматизации создавать электронные учебные материалы для системы на основе электронных книг. В ходе экспериментальной проверки методики с ее помощью были подготовлены электронные учебные материалы по экономико-прикладным дисциплинам. По теме диссертационного исследования были сделаны доклады на научных конференциях: «Национальные традиции в экономике, торговле, политике и культуре» (г. Москва, РГТЭУ. 2009 г.); «Ценности и интересы современного общества» (г. Москва, РГТЭУ. 2010 г.); «Ломоносовские чтения» (МГУ им М.В. Ломоносова 2007, 2008, 2009, 2010 гг.); «Студенческая весна» (МГТУ им. Баумана 2007, 2009, 2010 гг.).

Публикация результатов исследования. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационного исследования изложены в 8 опубликованных работах, включая 3 статьи в сборнике, рекомендованном ВАК РФ. Общий объем публикаций 4,1 печ.л. (из них авторских 3,65 печ.л.).

Публикации в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Ельцин, A.B. Интеллектуальное компьютерное место экономиста //Вестник РГТЭУ, 2009, № 8. - 0,5 печ.л.

2. Ельцин, A.B. Гипертекстовые технологии в обучении по экономико-прикладным дисциплинам //«Аудитор», 2011, № 1. - 0,5 печ.л.

3. Ельцин, A.B., Нечаев, Д.Ю. Межпредметные связи в обучении по экономико-прикладным дисциплинам. //Вестник РГТЭУ, 2011 № 3. — 0,6 печ.л. (из них авторских - 0,4 печ.л.).

Статьи в научных сборниках, доклады на конференциях:

4. Ельцин, A.B. Учебные материалы в ИОС // Программные системы и инструменты. - М.: МГУ ВМК, 2008. - 0,5 печ.л.

5. Ельцин, A.B. Подготовка материала для интеллектуального компьютерного места экономиста // VII Румянцевские чтения. Материалы международной научно-практической конференции «Экономика, государство и общество в XXI веке». - М. Изд-во РГТЭУ, 2009. - 0,5 печ.л.

6. Ельцин, A.B. Интеллектуальная поддержка компьютерного места экономиста // Сборник научных статей аспирантов и соискателей. / Под ред. С.Н. Бабурина. - М.: Изд-во РГТЭУ, 2008. - 0,5 печ.л.

7. Ельцин, A.B. Межпредметные связи на примере предметной области «Математические методы в экономике» // IX Васильевские чтения. Материалы международной научно-практической конференции «Ценности и интересы современного общества». - М. Изд-во РГТЭУ, 2011.-0,5 печ.л.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения и 3 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Текст диссертации изложен на 199 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 4 таблицы, библиографический список включает 104 наименования.

Диссертация: заключение по теме "Математические и инструментальные методы экономики", Ельцин, Андрей Владимирович

Выводы по главе 3 Третья глава «Экспериментальная реализация

Интеллектуального компьютерного места экономиста» посвящена экспериментальной реализации системы. В ней описаны разработанная автором система подготовки учебных материалов, реализованные автором прототипы серверного и клиентского модулей системы. На основе разработанных программных средств автором был проведен эксперимент по созданию семантически связанных учебных курсов по экономике прикладным дисциплинам. На основе результатов эксперимента автором показаны адекватность и корректность используемых моделей и методик. В главе также приведены расчеты, показывающие экономическую целесообразность внедрения системы в образовательную деятельность экономического вуза.

В первом параграфе «Реализация системы авторской поддержки» представлены разработанная автором методика подготовки учебных материалов и реализованная на ее основе система подготовки учебных материалов (авторской поддержки). Эта система позволяет в автоматизированном режиме подготавливать авторские курсы из документов в формате электронной книги, что позволяет использовать в качестве учебных материалов для системы различные источники знания — от книг на бумажном носителе до документов сети Интернет. Приводится методика подготовки авторского курса для перевода его в разработанный автором формат электронного документа. Далее приведено описание средств для работы с авторскими и учебными курсами с целью выстраивания иерархии учебного материала и построения межпредметных связей.

В этом же параграфе приведены два разработанных автором алгоритма: для автоматизированного поиска пример-проблем в тексте курса - алгоритм на базе регулярных выражений (теоремы, задачи, примеры обычно выделены в тексте) и алгоритм автоматизированной генерации предметного указателя на основе текста книги, использующий устойчивые шаблоны сочетаний частей речи.

Таким образом, в данном параграфе представлена методика подготовки электронных учебных материалов, позволяющая в автоматизированном режиме подготавливать электронные учебные курсы и устанавливать межпредметные связи между ними.

Во втором параграфе «Результаты эксперимента на подготовленном учебном материале» описан проведенный автором эксперимент на выбранной предметной области. Эксперимент включает в себя подготовку учебных материалов как по математическим дисциплинам (база для изучения рационального языка), так и по математическим и информационным методам в экономике. Материал подбирался для демонстрации описанных в диссертации методов на примере «решение задач линейного программирования в Excel». Выбранные курсы уровней К{ и к2 (для обучения рациональному языку), а также курсы для экономистов уровня К3 рассмотрены с точки зрения учебных целей системы, предложены варианты построения цепочек учебного материала для поддержки выбранных проблем-заданий. Предложена схема выстраивания выбранных курсов в трехуровневую иерархическую структуру для обеспечения развития учащегося.

Экспериментальная реализация показала возможность создания семантически связанных учебных курсов по экономико-прикладным дисциплинам по описанным в диссертации методикам. Проверена адекватность моделей авторского и учебного курсов. Подтверждена работоспособность предложенной методики подготовки авторских курсов из электронных документов и алгоритмов (построение предметного указателя, поиск пример-проблем, поиск понятий в структурных единицах текста). Важным достижением в исследовании стало то, что удалось экспериментально построить теоретически предсказанные межпредметные связи между авторскими курсами, используя фундамент учебного курса.

В третьем параграфе «Оценка экономической эффективности впедрения системы в образовательную деятельность экономического вуза» автором построена модель оценки экономической эффективности использования системы в практической деятельности экономического вуза. Расчеты по этой модели показали экономическую целесообразность внедрения интеллектуального компьютерного места экономиста. В частности, в задаче комплектования библиотечных фондов вуза по заданному учебному плану экономия средств составляет около 40%, а в задаче подготовки электронных учебных материалов система дает экономию затраченного времени примерно в 3 раза по сравнению с аналогами. Автором показано, что внедрение системы позволит снизить временные и денежные затраты на создание электронных учебных материалов, комплектование библиотечных фондов, составление тезаурусов и подготовку словарных статей, а также позволит сэкономить время студентов и преподавателей за счет более быстрого поиска учебных материалов, навигации по ним и их графовой визуализации. Таким образом, в данном параграфе показано, что использование системы экономически целесообразно, т. к. приводит к экономии времени преподавателей, студентов и авторов учебных материалов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования показали возможность реализации интеллектуального компьютерного места экономиста как среды для работы с электронными учебными документами для формирования целостного представления учащегося, о предметной области. Формирование целостного представления осуществляется на основе межпредметных связей, строящихся при помощи выделения синтезирующих структур учебных материалов. В рамках экспериментальной реализации создана система подготовки электронных учебных документов на основе существующих курсов на электронных и бумажных носителях.

Таким образом, на основе проведённых исследований и полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1. Спроектированная архитектура и предложенные алгоритмы работы системы «Интеллектуальное компьютерное место экономиста» отвечают цели и задачам исследования.

2. Разработанная модель семантически связанных учебных курсов с поддержкой гипертекстовой навигации и графовой визуализации учебного материала позволяют строить межпредметные связи и повышают наглядность и скорость поиска учебного материала.

3. Разработанные технологии гипертекстовой навигации повышают скорость навигации по учебному материалу.

4. Разработанная и реализованная в виде программной системы новая методика подготовки авторских курсов позволяет с высокой степенью автоматизации подготавливать электронные учебные материалы для системы на основе существующих учебных материалов на электронных и бумажных носителях.

5. Разработанная методика подготовки семантически связанных учебных курсов предметных областей по экономико-прикладным дисциплинам позволяет в короткие сроки подготавливать электронные учебные материалы с использованием межпредметных связей.

6. Использование разработанной системы в образовательной деятельности экономических вузов экономически целесообразно, т. к. дает экономический эффект в виде экономии средств и времени на подготовку электронных учебных материалов.

Вместе с тем были выявлены направления для будущих исследований и усовершенствований разработанных методик, алгоритмов и программных средств. Среди таких направлений выделим:

1. Разработку средств распознавания математических формул для повышения точности семантического анализа авторских курсов.

2. Доработку динамической модели учащегося и алгоритмов поиска учебного материала для повышения точности поиска и оценки интеллектуального состояния учащегося.

3. Доработку средств интеллектуального анализа авторских курсов для облегчения труда эксперта в предметной области.

4. Дополнительное исследование экономической предметной области для расширения множества учебных дисциплин.