Гипертекстовый инструментарий разработки модельных тренажеров в сфере педагогической деятельности по обучению экономическим специальностям тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Гипертекстовый инструментарий разработки модельных тренажеров в сфере педагогической деятельности по обучению экономическим специальностям"

На правах рукописи ЕЛЬЦИН АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ГИПЕРТЕКСТОВЫЙ ИНСТРУМЕНТАРИЙ РАЗРАБОТКИ МОДЕЛЬНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ В СФЕРЕ ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО ОБУЧЕНИЮ ЭКОНОМИЧЕСКИМ СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ

Специальность 08.00.13 - Математические и инструментальные методы

экономики

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

Москва-2011

4841692

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

Ведущая организация

Официальные оппоненты:

Научный руководитель:

доктор философских наук,

кандидат физико-математических наук,

профессор

Пасхин Евгений Николаевич

доктор экономических наук, профессор Одинцов Борис Ефимович кандидат экономических наук, доцент Грибанов Владимир Петрович Центральный экономико-математический институт РАН

Защита состоится «18» апреля 2011 года в 15.00 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 молено ознакомиться на сайте Российского государственного торгово-экономического университета: www.rsute.ru.

Автореферат разослан Л »2011 года

Ученый секретарь

диссертационного совета

Харакоз Ю.К.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы обусловлена тем, что в экономике любой развитой

тралы или региона обладание экономической информацией определяет темпы азвигия экономики. Информационный компонент начинает доминировать в иобой деятельности. Степень развития информационного компонента становится дновременно индикатором развития страны или региона. Информация — ресурс азвития, уровень развития информационных технологий определяет темп этого азвития. По мнению Э. Брукинга, "Интеллектуальный капитал - это термин для бозначения нематериальных активов, без которых компания не может уществовать, усиливая конкурентные преимущества. Составными частями -штеллектуального капитала являются: человеческие активы, интеллектуальная обстЕеныость, инфраструктурные и рыночные активы. Под человеческими стивами подразумевается совокупность коллективных знаний сотрудников эедприятия, их творческих способностей, умения решать проблемы, лидерских ачеств, предпринимательских и управленческих навыков"1. Интеллектуальный апитал, 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 системах компьютера - «рациональной грамотностью». Экономист в современных условиях изучает множество курсов, как собственно экономических, так и курсов по другим дисциплинам. Роль рациональной части

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

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

Новые информационные технологии широко используются в образовании. Использование компьютера в обучении становится повсеместным. Компьютерны системы поддерживают различные аспекты образования, облегчая тру преподавателей и повышая доступность информации для студентов. Однако, компьютерной системы, которая позволила бы интегрировать используемые в течение всего периода обучения материалы для формирования целостног (межпредметного) охвата учебных дисциплин, до сих пор не создано. Так;-система должна быть «дневником интеллектуального развития» студента, фиксировать его деятельность с учебным материалом, помогать структурироват имеющиеся знания и получать новые путем подключения к системе новы учебных курсов. Автором предлагается создание системы «Интеллектуально Компьютерное Место Экономиста» для поддержки непрерывного обучения.

Степень разработанности проблемы. На проходившей в 2009 году 21-" Международной объединенной конференции по искусственному интеллекту ряде докладов создание Интеллектуальных обучающих систем определяется к-

•еждисциплинарная область, объединяющая достижения таких отраслей знания, ах искусственный интеллект, теория познания, обучение.

Существующие компьютерные обучающие системы обычно делят на два асса: интеллектуальные обучающие системы и системы дистанционного бучения. Интеллектуальные обучающие системы используют технологии скусственного интеллекта для моделирования предметной области и развития чащегося. Однако, такие системы обычно специализированны для работы в дной предметной области. Для работы в другой предметной области требуется ерепрограммирование базы знаний системы. Системы дистанционного обучения аправлены на поддержку обучения через Интернет, мультимедийность и шертекстовое 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 Д. Поспелова, Г. Атанова, П. русиловского, Б.П. Вулфа, Дж. Андерсона, К. Конати, Дж. Брауна, Д. Слимана, . Венгера и др. Каждые два года проводится международная научная онференция «Интеллектуальные обучающие системы», доклады по обучающим истемам 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 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

5

специально подготовленными для них учебными курсами, до сих пор не создан системы, работающей с учебным материалами на основе электронных книг гипертекстовых документов в широкой предметной области (экономико прикладные дисциплины) и при этом ориентированной на формирование учащегося целостного представления об изучаемых предметах.

Область исследования соответствует специальности 08.00.13 «математические и инструментальные методы экономики» паспорт номенклатуры специальностей научных работников ВАК Минобрнауки Росс (пункт 2.6 «Развитие теоретических основ методологии и инструментар проектирования, разработки и сопровождения информационных систем субъекто экономической деятельности: методы формализованного представлен предметной области, программные средства, базы данных, корпоративны хранилища данных, базы знаний, коммуникационные технологии»; пункт 2. «Развитие гипертекстовых технологий и разработка модельных тренажеров сфере педагогической деятельности по обучению экономическим специальностя и подготовке управленческих кадров»).

Целью исследования является повышение качества учебных материалов п экономико-прикладным дисциплинам путем адаптации гипертекстовы технологий и разработки методик подготовки учебных материалов.

Для достижения указанной цели в исследовании поставлены следующи задачи:

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

• разработать модели представления учебных материалов и алгоритм работы с ними, позволяющие строить связи между курсами различны предметных областей.

• разработать метод создания технологий гипертекстовой навигации п учебным материалам и их визуализации в виде графов.

а разработать методику подготовки электронных учебных материалов на

основе электронных книг, о разработать методику подготовки семантически связанных учебных курсов

в предметной области по экономико-прикладным дисциплинам, о выработать критерии оценки экономической эффективности разработанной системы при решении практических задач образовательной деятельности экономических вузов и провести ее оценку.

Объектом исследования являются интеллектуальные обучающие системы, снованные на метазнаниях, используемые в обучении студентов экономических пециальностей.

Предметом исследования является система обучения по экономико-зикладным дисциплинам на основе современных компьютерных технологий и истем.

В качестве методов и теоретической основы исследования в еоретической части работы использованы методы системного анализа и синтеза, атематического и компьютерного моделирования, экспериментальных исследований, экспертных оценок, теории управления. В практической части работы использованы объектно-ориентированные технологии проектирования, методы искусственного интеллекта и интеллектуального анализа данных.

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.

7

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

а 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 материало в виде семантически связанных учебных курсов с подцержко гипертекстовой навигации и визуализации учебного материала в вид графов. Для связывания курсов между собой используется разработанны автором алгоритм выделения синтезирующей структуры учебног материала.

® разработаны новые технологии гипертекстовой навигации, которы расширяют традиционное понятие гиперссылки и повышают скорост навигации по учебному материалу, в разработана новая методика подготовки электронных учебных документа на основе существующих в электронном и бумажном виде учебны материалов.

® разработана новая методика подготовки семантически связанных учебны курсов предметных областей по экономико-прикладным дисциплинам которая позволяет с минимальными временными затратами подготавливат электронные учебные материалы с использованием межпредметных связей. • выработаны критерии оценки экономической эффективности предлагаемо системы и на основе оценки по этим критериям показано, чт использование системы в образовательной деятельности экономическ вузов экономически целесообразно, так как дает экономический эффект виде экономии денежных средств и времени в задачах подготовк электронных учебных материалов, разработки тезаурусов и комплектован библиотечных фондов.

Теоретическая и практическая значимость результатов исследования, азработанные модели электронных учебных курсов, технологии гипертекстовой авигации и графовой визуализации могут быть применены при обучении по кономико-прикладным дисциплинам. Реализованные инструментальные редства могут использоваться при формировании электронных учебных курсов о различным дисциплинам. Технологии обработки документов, разработанные в оде выполнения диссертационного исследования, также могут быть спользованы для создания электронных библиотек и каталогов, подготовке ловарных статей.

Апробация и реализация результатов исследования. Система прошла 1робацию в РГТЭУ на факультете информационных технологий на кафедре -¡формационных технологий и телекоммуникаций в лаборатории проблем 'шформатизации в торгово-экономической деятельности (подтверждено оответствующим актом о внедрении). Методика подготовки электронных 1ебных 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 международных 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 г; «Студенческая весна» (МГТУ им. Баумана) 2007, 2009, 2010 г.

Публикация результатов исследования. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационного исследования изложены в 7 опубликованных работах, включая 3 статьи в сборнике, рекомендованном ВАК РФ. Общий объем публикаций 3,6 печ.л. (из них авторских 3,15 печ.л.).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения и 3 глав,

9

заключения, списка использованной литературы и приложений. Тек диссертации изложен на 199 страницах машинописного текста, содержит 4 рисунков и 4 таблицы, библиографический список включает 104 наименования.

II. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОТЫ

Во введении показаны актуальность, новизна и практическая ценное исследования, изложены задачи диссертационной работы, представлена полученные автором основные научные результаты, апробация работы структура диссертации.

В первой главе «Анализ состояния проблемной области> рассматривается проблема обучения по экономико-прикладным дисциплинам условиях «информационного взрыва» - увеличения количества доступны учебных материалов на электронных и бумажных носителях и увеличен! сложности учебных дисциплин, вызванной усложнением используемых практической деятельности экономистов математических методов компьютерных инструментальных систем. При рассмотрении обще характеристики задачи автором показано, что в современных условиях д формирования целостного представления учащегося об изучаемых предметах необходимо разработать новые модели представления электронных учебны материалов для компьютерных обучающих систем. Для связывания между собо различных учебных материалов необходима их гипертекстовая обработка д выделения в них синтезирующих структур. Там же рассмотрена классификац компьютерных средств учебного назначения.

Далее приводится анализ существующих компьютерных средств учебног назначения. Вначале рассматриваются принятые критерии оценки качеств электронных учебных материалов, на их основе сформулированы требования создаваемым моделям учебных материалов. Критерии оценки учебны материалов делятся на содержательные, дидактические, технические и дизайн эргономические. Среди технических и дизайн-эргономических кригерие выделим: возможность подключения дополнительных источников знаний, в т.ч

окументов сети Интернет, удобство и эффективность навигации, поиска и анализа учебных материалов. Среди содержательных и дидактических критериев зыделим: формирование целостной картины мира, установление связи данной области знания со смежными областями, использование развивающих компонентов в обучении, развитие способности самостоятельного приобретения наний, умений, навыков, стимулирование познавательной активности, адаптивность обучающей системы к индивидуальным особенностям обучаемого. Автором рассмотрены существующие критерии оценки экономической эффективности информационных систем. Разработка и внедрение информационной системы является экономически целесообразной, если ее использование ведет к экономии денежных, трудовых или временных ресурсов. Затем рассматриваются достижения в развитии интеллектуальных обучающих систем в отношении данной задачи.

При рассмотрении теоретической основы для выполнения работы описаны педагогические и математические теории, которые легли в основу разработки Интеллектуального компьютерного места экономиста (педагогические и математические теории). Используется методика «Универсального обучения», задачей которой является формирование у учащегося целостной картины изучаемых предметов. Важной особенностью экономической предметной области язляется широкое использование математических методов и информационных систем. Поэтому в качестве концептуальной основы предметной области используется «фундамент учебного курса» - совокупность структурированных учебных материалов, необходимых для выстраивания связей между учебными материалами различных предметных областей (межпредметных связей). Концептуальная основа предметной области системы (математика, программирование, информатика) формализуется при помощи используемой модели предметной области.

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

формирования целостного представления учащегося об изучаемых предметах в

современных условиях необходима адаптация гипертекстовых технологий с

11

целью выявления синтезирующих структур; приведены критерии качеств электронных учебных материалов и экономической эффективности обучаюиц систем и показано, что полных аналогов разрабатываемой системе по широт охвата предметной области (математика, информатика, программирование математические и информационные методы экономики), по предложение! подходу к структурированию предметной области, по ориентированности н целостное (синтезирующее) представление учебных материалов пока не создано' рассмотрены теоретические основы представления в системе учебных материало и формирования межпредметных связей.

Во второй главе «Проектирование интеллектуального компьютериог места экономиста» на основе изложенных в первой главе теоретических осно построения системы проведено проектирование интеллектуальног компьютерного места экономиста и приведено разработанное авторо представление учебных материалов для системы, приведены модели электронны учебных материалов и алгоритмы выстраивания связей между ними. На основ предложенной классификации курсов по уровню концептуальности изложен учебного материала предложена методика иерархической структуризащ учебного материала. Предметной областью для системы являются курсы п экономико-прикладным дисциплинам и поддерживающие их учебные материалы содержащие математическую основу используемых в экономических курс методов. Необходимо отметить, что подбор учебных материалов для системь осуществляется при участии эксперта в выбранной предметной области. Авторо разработаны инструменты для подготовки и анализа электронных учебны материалов, которые облегчают труд эксперта по подбору и подготовке курсов. Система при формировании электронных учебных документов основывается н существующих учебных материалах на бумажном и электронном носителе следовательно, необходимо разработать модель представления учебны материалов, которая позволит проанализировать структуру документа соответствующую авторскому представлению о нем. Авторский курс в систем

1еет следующее многоуровневое представление: К =< {Jp;{Jx',{JCE7^;L;PAc'" >, де - курс как концептуальная совокупность пример-проблем (основных еорем, примеров, результатов курса), UСЕТ - курс как синтезирующая овокупность структурных единиц текста - минимальных синтезирующих диниц, охарактеризованных вховдениями понятий, Uр - множество понятий урса (обычно берутся из предметного указателя книги), L- древовидная огическая структура курса на основе его оглавления, pAsm~ авторские предикаты, кассирующие 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 юиска пути в графе для связывания учебных материалов между собой, чебный курс системы состоит из «фундамента учебного курса» и иерархически структурированных профессиональных авторских курсов. Для формирования фундамента учебного курса системы используются концептуальные курсы (курсы с доступным изложением проблем-заданий - фундаментальных теорем, служащих математической основой предметной области). За счет обработки материала эти курсы имеют хорошую связность друг с другом. Профессиональные курсы (в том числе курсы, ориентированные на экономистов) отображаются на фундамент учебного курса. Это позволяет обеспечить учащемуся целостное представление об изучаемом материале и его положении в предметной области, взаимосвязях с другими учебными материалами и возможностях для интеллектуального развития на базе связывания учебных материалов.

Фундамент учебного курса 9? формируется на основе специально подобранных учебных материалов с представлением знания в виде логического вывода 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 основ ее анализа) на понятия авторских курсов с целью связать проблем-задан учебного курса с пример-проблемами авторских курсов. Проблем-задани содержит общую формулировку фундаментальной проблемы (теорема фиксирующая определенное достижение математического знания), котор поясняется с помощью соответствующих ему пример-проблем фундамент учебного курса Учебный курс в системе представляется в вид Я = 11/>.). Поясним формулу: - фундамент учебного курса

совокупность иерархически структурированных авторских курсов, 1=[}рг индекс учебного курса, Ш0- совокупность проблем-заданий.

Иерархическая структуризация учебного материала осуществляется путе расположения учебных материалов в трехуровневые цепочки, построенные н основе проблем-заданий. Интерфейс-индекс, используемый для связывай курсов между собой, - это совокупность кортежей, каждый из которы обозначает связь двух понятий разных курсов. Сверху расположено проблем задание 2, которое мы хотим раскрыть в данной цепочке. Далее в три уров расположены курсы в порядке убывания концептуальное™ изложения учебног

ZlntInd. гг ЫЫЛ, V Ыйпй-ь . V _ _

______г______ _>л1->л2-»л3, где 2- проблема-задани

~К- уровни курсов, ш-интерфейс-индексы.

Уровни курсов: концептуальные курсы (фундамент учебного курса) Кх представлены курсами с изложением концептуальной основы предметов. О 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 разработк позволяющую рассмотреть их с точки зрения тех целей, которые преследов

автор при написании курса. Профессиональные курсы К3 - представлены с описанием применения методов подробных курсов к решению профессиональных задач (иногда без обоснования методов). 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 Кл и Кв (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 К{. Тонкими линиями, обозначены связи между курсами фундамента учебного курса, толстыми - связи выбранных курсов КА и Кй с курсами фундамента. Алгоритм построения межпредметных связей приведен на рис. 2:

Рис. 1 Межпредметные связи

-/ кл,к„ \)к /

Расширение и модификация фундамента учебного курса

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

Нет

Найти путь от Кл до Кв 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: Уи =<иг,ир^5,Ук,Ни >, где иг,иря - множество проблем-заданий и понятий учебного курса, известных учащемуся, 5 - точка метамодели предметно области, соответствующая текущему учебному материалу, Ук - модель учащегося в рамках того курса, с которым он в данный момент работает, Ни - история ег работы в рамках всей предметной области, в которой хранится информация о ег сеансах работы. Целевая модель учащегося в рамках всей предметной облает представляется в виде: Уи =<и2,ирз,,5>, где Ш - множество проблем-задани"

учебного курса, 1!/?эт - 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) =< ,СК)>, где В1//{0,0) - функция рассогласования

графов 0=<р,Р> и О =<р,Р>, где р- понятия (вершины графа), Р - предикаты (ребра графа). Функция рассогласования графов вводится как симметрическая

разность множестз вершин и ребер данного графа: =< р&р, РлР >.

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 шши. 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 ктоса

Интерфейс учащегося

Редактор-браузер учебного курса

Сетевой интерфейс

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

В рамках клиентского модуля автором разработаны новые ви! гипертекстовой навигации по курсу. Реализованы следующие виды гипертекста: • Традиционное представление - гипертекст на основе понятий. Дв структурных единицы текста (СЕТ) считаются связанными, если множеств их понятий пересекаются. Коэффициент связности вычисляется к-отношение количества общих понятий СЕТ к сумме количеств понят связанных СЕТ.

® Логическое представление - гипертекст в соответствии с логическо иерархией курса, позволяющий соотносить пример-проблемы курса элементами оглавления и проводить навигацию по ним. в СЕТовый гипертекст, в соответствии с логической иерархией курс Данный вид гипертекста построен на логической иерархии курса. Че, ближе друг к другу находятся элементы в этой иерархии, тем выше и

коэффициент связности. © Синтезирующее-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, в 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 для 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 описана разработанная автором система подготовки учебных

материалов, реализованные автором прототипы серверного и клиентского модуля

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 показана адекватность и корректность используемых моделей и методик.

В главе также приведены расчеты, показывающие экономическую

19

целесообразность внедрения системы в образовательную деятельност экономического вуза.

Для создания учебных материалов на базе существующих учебных пособ: на электронном и бумажном носителе автором разработана методика подготов учебных материалов и реализованная на ее основе система подготовки учебны материалов (авторской поддержки). Эта система позволяет в автоматизированно режиме подготавливать авторские курсы из документов в формате электронно книги, что позволяет использовать в качестве учебных материалов для системь различные источники знания - от книг на бумажном носителе до документов сет интернет. Приводится методика подготовки авторского курса (рис. 4) д перевода его в разработанный автором формат электронного документа. Дале приведено описание средств для работы с авторскими и учебными курсами целью выстраивания иерархии учебного материала и построения межпредметны связей.

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

1. Используется программа для оптического распознавания текста. На выход - неструктурированный текст К\

2. Обработка распознанного текста средствами Microsoft Word - получае текст К1 с ориентирами для разметки структуры.

3. Макробиблиотека для Microsoft Word - первичная разметка структ документа - получаем к3 - XML-представление предварительно обработки структуры.

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

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

Автором разработано два 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, хпользующий 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 материалов как по курсам, ориентированным на студентов-экономистов ^математическим и информационным методам в экономике), так и по атематическим дисциплинам (база для изучения рационального языка). !атериал подбирался для демонстрации описанных в диссертации методов на пимере «решение задач линейного программирования в Excel». Выбранные курсы уровней 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. Реализованный прототип системы и учебные материалы, полученные в результате эксперимента, были оценены по приведенным выше критериям качества электронных учебных материалов. Выяснилось, что созданная система подготовки учебных материалов позволяет в короткие сроки в автоматизированном режиме подготавливать электронные учебные материалы, а разработанные модели учебных материалов и методы работы с ними позволяют повысить эффективность поиска, навигации и анализа учебных материалов. Вместе 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 создан семантически связанных учебных курсов по экономгасо-прикладны дисциплинам по описанным в диссертации методикам. Проверена адекватност моделей авторского и учебного курсов. Подтверждена работоспособност предложенной методики подготовки авторских курсов из электронны документов и алгоритмов (построение предметного указателя, поиск пример проблем, поиск понятий в структурных единицах текста). Важным достижение стало то, что удалось экспериментально построить теоретически предсказанны межпредметные связи между авторскими курсами, используя фундаме учебного курса. Таким образом, можно заключить, что цель, поставленная исследовании - совершенствование качества подготовки учебных материалов достигнута.

Для оценки экономического эффекта от внедрения системы авторо построена модель оценки экономической эффективности использования систем в практической деятельности экономического вуза. В качестве критерие экономической эффективности системы взяты экономия времени и денежны средств при подготовке электронных учебных материалов по экономико прикладным дисциплинам, комплектованию библиотечных фондо экономического вуза и подготовке тезаурусов для различных предметны областей. Расчеты по построенной модели показали экономически целесообразность внедрения интеллектуального компьютерного мест экономиста. В частности, в задаче комплектования библиотечных фондов вуза п заданному учебному плану, экономия средств составит около 40%, а в задач подготовки электронных учебных материалов система дает эконом затраченного времени примерно в 2 раза по сравнению с аналогами. Оце* экономии средств и времени получены на основе экспериментальны исследований проведенных в ходе внедрения системы в РГТЭУ. Авторо показано, что внедрение системы позволит снизить временные и денежнь

затраты на создание электронных учебных материалов, комплектова!

22

библиотечных фондов, составление тезаурусов и подготовку словарных статей, а акже позволит сэкономить время студентов и преподавателей за счет более ыстрого поиска учебных материалов, гипертекстовой навигации по ним и их

афовой визуализации.

Таким образом, в третьей главе представлена методика подготовки лектронных учебных материалов, позволяющая в автоматизированном режиме юдготавливать электронные учебные курсы и устанавливать межпредметные вязи; показано, что использование системы экономически целесообразно, т.к. риводит к экономии времени преподавателей, студентов и авторов учебных материалов.

Основные результаты диссертационного исследования:

® 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 повышают 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 деятельности экономических вузов целесообразно, т.к. дает эффект в виде экономии

денежных средств и времени на подготовку электронных учебны материалов.

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

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

2. Ельцин A.B. Гипертекстовые технологии в обучении по зкономихо прикладным дисциплинам //«Аудитор» № 1, 2011. - 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 н авторских - 0,4 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., Пасхин E.H. и др. Обучение в системно-информационно культуре //Труды III Международной научно-практической конференц "Современные информационные технологии и ИТ-образование", 2008. - 0, печ.л. (из них авторских 0.25 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 мес экономиста. // Сборник научных статей аспирантов и соискателей. Под ре проф. Бабурина С.Н. М.: РГТЭУ, 2008. - 0,5 печ.л.

Напечатано с готового оригинал-макета

Издательство ООО "МЛКС Пресс" Лицензия ИД N 00510 от 01Л 2.99 г. Подписано в печать 15.03.2011 г. Формат 60x90 1/16. Усл.печл. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 109. Тел. 939-3890. ТелУФакс 939-3891. 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к.