Форум Поща Карта на сайта Търсене Връзки Контакти
Начало Научна дейност Изследвания Катедра „Компютърна информатика” Технологии за образование и обучение.    English
Факултет по математика и информатика - Технологии за образование и обучение.
Електронно обучение

(научни и приложни резултати, получени
от членове на кат. „Компютърна информатика"
в периода 1981-2007 г.)

* Изследванията по въвеждане и експериментиране на софтуерни средства в обучението започват още през 1981 г. със създаване на първата българска софтуерна среда за автоматизация на управлението на средното училище и на пакет програми за осигуряване на обучението ЕПОС, преминават през системи за е-обучение (прототипи PeU 1.0, PeU 2.0) и продължават с проектиране на иновативна среда за е-обучение BEST (вкл. с използване на когнитивни и лингвистични технологии).
* Резултати на проведените научни изследвания и разработки в областта на организация и управление на дистанционното обучение,са в основата на повече от 30 успешни европейски и национални проекти в областта на информационните технологии, дистанционното обучение, компютърната лингвистика, създаването на софтуерни системи за е-обучение и др. Създадените модели на учебни курсове, материали и тестови задачи (вкл. и на техни електронни аналози) - също резултат на научни изследвания, са и в основата на издадени учебници и учебни помагала за средното училище и университетите и се прилагат в различни форми на обучение.

Получените научни резултати са намирали практическа реализация и потвърждение в проектирането и създаването на софтуерни системи за компютърна техника от различни поколения и с широк спектър на приложения, получили признание на авторитетни форуми: автоматизация на научните и инженерните изследвания; компютърно моделиране на технологични процеси; автоматизирано разписание за средните училища; инструментални среди за конструиране на софтуерни системи за концептуално моделиране и автоматично решаване на задачи в различни предметни области; системи за провеждане на морфологичен, синтактичен и семантичен анализ на текст и озвучаване на компютърен български текст; среди за управление на е-обучението от различни поколения (с редица внедрявания), и др.
Научни резултати на изследванията са представяни и получавали добър прием и отзиви в десетки научни конференции и семинари в страната и чужбина (Австрия, Англия, Германия, Гърция, Естония, Индия, Испания, Италия, Латвия, Полша, Португалия, Румъния, Русия, Словакия, Сърбия, Унгария, Франция, Чехия и др.).

* Основни направления на изследванията в областта на дистанционното и е-обучение, са: I. Проектиране и създаване на среди за електронно обучение и II. Управление и организация на дистанционното и електронното обучение.

* I. Проектиране и създаване на среди за електронно обучение

* Научните изследвания, свързани с проектиране и създаване на СеО, могат условно да бъдат разделени на 4 (четири) поднаправления: А. Експериментално програмно осигуряване на образователната система; Б. Модели и средства за е-обучение, базирано на понятия и ресурсни ограничения; В. Системи за проектиране и поддържане на виртуално обучение; Г. Системи за управление на проекти за е-обучение; Д. Моделиране и организация на електронния тест.

* I.А. Експериментално програмно осигуряване на образователната система

* Първите научни резултати в областта са получени през 80-те години на миналия век (1980 - 1990 г.), и са свързани с ускореното въвеждане на ЕИТ (миникомпютри и персонални компютри) в българското училище.
* Изследванията по проектиране, създаване и експериментиране на софтуерни средства за управление и провеждане на обучението започват още през 1981 г. със създаване на софтуерна среда за автоматизация на управлението на средното училище, автоматизирана система за съставяне на комплексни менюта за рационално хранене, на пакет програми за осигуряване на обучението и др.
* В основата на проекта ЕПОС (Експериментално Програмно осигуряване за Образователната Система) е диалогова система за автоматизирано проектиране на програмни средства, същността на която се заключава в моделиране на логическата структура на създаваните програми и представянето им като системи от независими компоненти (модули, макроси, данни и др.). Пакетът ЕПОС е един от първите български опити за създаване на интегрирана среда за електронно обучение, съпроводен с набор от конкретни 'електронни' уроци за използване в различни дисциплини за средното училище. ЕПОС включва средства за управление на обучението (генератор на информационни системи и система за автоматизирано съставяне на училищно разписание, създаване на образователен софтуер и електронни учебни материали, генератори на тестове и уроци с развита дървовидна структура и на програми по блок-схемно описание, и др. Особени постижения за времето си представляват генераторът на информационни системи (с определена независимост от входните и изходните данни, с режими за автоматично създаване на базата от данни и генериране на нерегламентирани 'произволни' справки) и генераторът на уроци и тестове (съпроводен от специализирани редактори и авторски език). ЕПОС е апробирана в курсове за квалификация и преквалификация на повече от 3000 педагогически кадри в периода 1985 - 1990 г.
* Основните научни и научно-приложни приноси, постигнати в направление I.А., са:
* предлагане и осъществяване на общ подход при проектиране и създаване на софтуерни системи за управление на обучението;
* проектиране на система за автоматизирано създаване на комплексни менюта за рационално хранене на учащите се;
* автоматизирано съставяне на график на учебни занятия при три типа изисквания към разписа - задължителни, желателни и субективни ограничения, и др.

* I.Б. Модели и средства за обучение, базирано на понятия и ресурсни ограничения

* Независимо от получените резултати и успешни конкретни реализации, опитите за последователно прилагане на интегриран подход в проектирането на системи и средства за електронно обучение (е-обучение) се сблъскваха с два основни проблема:
* 1. Липса на адекватни модели на изучаваните предметни области (ПО) и отсъствие на средства за автоматично решаване на задачи в тях;
* 2. Невъзможност за използване на описания на естествен език (и оттук - необходимост от специализирани авторски езици, в много случаи неподходящи при обучение).
* Посочените проблеми са предмет на интензивни научни изследвания в периода 1988 - 1998 г. Специално ще отбележа постигнатите резултати в направление 1. - създаване на инструментална система за Обектно Моделиране и Интелигентно Решаване (ОМИР) в произволна ПО и проведените успешни експерименти за автоматично решаване на задачи от училищните курсове по планиметрия, тригонометрия, стереометрия, механика, химия и др. Определено може да се твърди, че тези резултати (и специално създадената методика за проектиране на решатели в изучавани ПО) са естествено развитие на изследванията по проблем 1. в посока на създаване на интелигентни системи за е-обучение.
* Изследванията по проблем 2. продължиха и след 1998 г. със създаване на необходимите лексикални бази за българския език (вкл. компютърни граматики и речници - словообразувателен, синонимен, деривационен, тълковен, англо-български и др.) и на анализатори от различен тип - морфологични, синтактични, семантични и др. (вж. обзора на изследванията по комп. лингвистика )
* Във връзка с участие в европейска програма за въвеждане на дистанционно обучение в България и разработване на съответен пакет от учебни материали, през 1998 г. започна проектирането на нова система за е-обучение, наречена 'Пловдивски електронен университет' (PeU).
* С последователно осъществяване на понятийния подход за проектиране на СеОсаполучени следните основни научни и научно-приложни приноси в направление I.Б:
* създаден е модел на процеса на е-обучение (вкл. моделина ПО, учебен курс, обучаван, информационна единица, оценъчна единица, тест, база данни (БД) с учебни материали и план за обучение;
* въведени са подходящи характеристики на учебните е-материали (изучавани понятия, структура, равнище на трудност, необходимо време за изучаване и др.), позволяващи автоматично генериране на планове за обучение и задаване на глобални и локални ограничения (ресурси и слоеве), свързани с успеваемост, ниво, време, цена и др.;
* предложена е архитектура на интерактивна инструментална система на основата на интегрирана БД за поддръжка на СеО (с данни за потребители, учебни материали, изучавани понятия, учебни курсове и програми, администриране и др.);
* разработена е прототип PeU 1.0 (с пет подсистеми - информационна, авторска, тестова, комуникационна и административна)за проектиране, създаване и поддържане на СеО в различни ПО;
* реализирани са алгоритми за създаване на е-курсове на базата на понятия от ИПО, генериране на авторски и динамични планове (по заявка към БД за учебни материали), провеждане на адаптивно обучение при ресурсни ограничения;
* проектиран и създаден е интерфейс, подходящ за различни категории потребители и субекти на е-обучението, и др.

* I.В. Системи за проектиране и поддържане на виртуално обучение

В основата на проектираната виртуална среда PeU 2.0се поставя модел за планиране на обучението на базата на ресурси и слоеве, а е-обучението отново е изградено на базата на понятийния подход. За всяко понятие, характерно за даден учебен материал (тема или тест), в БД се съхранява гледната точка (слой) и списък от двойки (ресурс, стойност), задаващ съответните ресурсни ограничения. Системата поддържа не само стандартен списък от възможни слоеве (въведение, определение, пример, и т.н.) и ресурси (цена, време, и т.н.), но и позволява създаване на собствени ‘авторски номенклатури' от слоеве и ресурси.

* С последователно осъществяване на понятийния подход за проектиране и реализация на PeU 2.0,са получени следните научни и научно-приложни приноси в направление I.В:
* моделиране на изучаваната предметна област като мрежа от понятия;
* моделиране на е-курс като ориентиран граф с възли от групирани учебни материали, свързани с отношения от типа ‘предходник - наследник';
* създаване на е-курсове на базата на учебни материали (създадени от различни автори) и логически връзки между разглежданите в тях понятия;
* автоматично генериране на динамични курсове за обучение и адаптиране към обучаваните с посочване на глобални и локални ограниче­ния;
* описание на учебни материали (чрез разглежданите в тях понятия, слоеве и ползвани ресурси);
* провеждане на е-обучение при ресурсни ограничения;
* използване на всички видове асинхронна и синхронна комуникация между потребителите
* поддържане на интегрирана БД (вкл.модели наПО,учебни материали, е-курсове, планове за е-обучение, и др.);
* реализирани средства за автономна работа (off-line); възможности за отпечатване на учебен курс (част от курс) на хартиен носител,‘сваляне' на учебен курс под формата на хипертекстов документ (вкл. и върху CD-ROM) с възможност за автономно разглеждане;
* групиране на е-материали с логически отношения от типа И, ИЛИ, ОЩЕ и Контролна точка и динамично управление на е-обучението;
* приятелски адаптивен интерфейс с елементи на визуално програмиране (при редактиране на графа-модел на е-курс) и поддържане на настройки за адаптиране към потребителите;
* връзка към виртуална библиотека (проект ВРЕМЕ~АБ на пловдивските ВУ);
* създадени и тествани средства за мобилно обучение и др.

* I.Г. Системи за управление на проекти за е-обучение

След критичен анализ на постигнатите резултати се стига до извод, че е необходима промяна на традиционната представа за e-обучението, в центъра на което са учебните обекти (напр. материали) и/или субекти (напр. обучавани) към концепция за обучение, представено чрез дейности и разглеждано като процес на управление, базиран на предварително планирани или динамично възникващи редици от събития. По-конкретно: необходимо е да се премине от проектиране на е-курсове към моделиране на процеси на е-обучение, от статично - към динамично и активно поведение, от учебни обекти - към дейности и събития, от е-материали - към споделяне на учебно съдържание и ресурси. Във връзка с развития нов подход е въведено понятието ‘е+обучение' и са формулирани основни негови постулати:

* процесът на обучение се моделира чрез учебни дейности и ресурси;
* управлението на процеса се базира на предварително планирани или динамично възникващи събития във виртуалното обучение;
* е-курсове, предметни области, потребители и педагогически стратегии, се представят с концептуални, когнитивни и компютър­ни моде­ли, и др.

На базата на принципите на е+обучението и продължавайки традицията на PeU (понятиен подход, управление на ресурси, развита тестова система и др.), са представени проект и прототип на система, наречена BEST (Bulgarian Educational Site).
Основни функционални характеристики на създадения прототип BEST 0.9 са:

* моделиране на процеси на обучение в различни ПО, съдържащи широк спектър от учебни дейности и участващи в тях субекти;
* администриране и интерпретиране на създадените модели, и едновременно (паралелно) динамично поддържане на виртуално обучение за множество потребители (обучавани, преподаватели, администратори, обучавани и др.);
* поддържане на динамично виртуално взаимодействие между субектите и ресурсите на системата, осигурявано от модел на съответния процес на обучение и интегрирана БД;
* виртуална комуникация чрез дейности и събития, свързани с учебно съдържание (синхронен обмен на информация, съвместна работа по усвояване на понятия, и т.н. в зависимост от динамичния модел на обучаемия) и с използване на различни технологии и средства (форуми, е-съобщения, видео конференции, и др.);
* прилагане на различни педагогически стратегии за обучение (в зависимост от специфичните потребителски нужди, с възможности за автоматично адаптиране на стратегиите на базата на модел за оценяване на знанията и уменията на обучавания (преди и след провеждане на съответна учебна дейност), и др.

Освен учебно съдържание (материали и ресурси) е-проектите и е-курсовете в BEST, могат да включват повече от 30 типа учебни дейности, 11 форми на коопериране и сътрудничес­тво, множество авторски средства, и др. Осигурен е експорт/импорт с използване на стандарти за е-обучение SCORM, IMS, GIFT, WebCT, Aiken, и др. от даден е-курс.
Основните научни и научно-приложни приноси, постигнати в направление I.Г. са:

* създаден е модел за управление на проекти за е-обучение;
* проектирана е СеО, която осигурява моделиране на адаптивни методи за виртуално обучение за различни категории потребители и ПО;
* предложена е архитектура на СеО с отдалечен достъп (с интегрирана БД за потребители, учебни ресурси и дейности, е-курсове и програми, и др.);
* реализиран е прототип BEST 0.9 - софтуерна среда за моделиране и поддръжка на жизнения цикъл на процеса на е-обучение и неговото съпровождане с редици от учебни дейности и събития, създаване и редактиране на учебно съдържание, оценяване на резултати, и др.

* I.Д. Моделиране и организация на електронния тест

Известните класификации на задачи, използвани в теорията на теста - в повечето случаи базирани на когнитивна или лингвистична основа, са неподходящи за компютърно моделиране. В проведените изследвания се представя модел на тестова задача, подходящ за компютърна реализация. Моделът се основава на изследване на мощността на множеството на потенциалните отговори и е в зависимост от това - дали т. нар. сортови множества могат да бъдат извлечени от контекста на задачата или не. На тази основа са създадени четири основни типа тестови въпроси и отговори.
За първи път в българската практика, в PeU 2.0, беше направен опит за проектиране и осигуряване на тестови изпитвания на лица със специфични образователни потребности. В резултат на допълнително съпоставително изследване беше установено, че в специализираните учебници се срещат типове тестови задачи, които не се поддържат от стандартните тестови системи. Това наложи PeU 2.0 да бъде обогатена със 7 (седем) нови типа е-задачи за обучението на деца със слухови, умствени и двигателни проблеми: Излишно изображение (посочване на едно измежду много); Попълване на празнини с изображения; Описание на група от изображения (с една дума или фраза); Описание на изчезващо изображение (от група); Описание на изчезващо изображение (с оказване на помощ); Множествен отговор чрез множествен избор (определяне на съответствия между понятия и възможни описания); Кръстословица (попълване с думи, зададени чрез фрази/изображения).
Усложняването на първоначалната класификация на е-задачите, предизвикано от включването на все нови и нови типове (в много случаи различаващи се един от друг само по типа и разположението на свои елементи, но не и по същество), наложи осмисляне на създадената теория на е-тест. Новият подход беше потърсен в рамкитена изследване, свързано с проектирането и създаването на системата за управление на е-проекти BEST (вж. и I.Г.). Предложената класификация (въвеждане на т. нар. ‘акумулиращи тестови задачи') се основава на два параметъра - тип на отговора, който се очаква и мощност на множеството от полета за попълване в отговора. Класификацията следва модела, реализиран в тестовата подсистема на PeU 2.0, но с тази съществена разлика, че базов въпрос може да акумулира данни, селектирани от отговори на обучавани (получени при провеждане на конкретен е-курс). Успешни експерименти, свързани с идеята за акумулиране на отговори и разширяване на набора от тестови задачи, са реализирани в системите за е-обучение BEST и Moodle.
С въвеждането и изучаването на тестови задачи от акумулиращ тип се откри ново перспективно направление на теорията на електронния тест. Получените до момента резултати са окуражаващи и предполагат функционално развитие към тестови системи с генериране на е-задачи от акумулиращ тип в конкретна предметна област на базата на стандартен набор от е-задачи и с автоматично генериране на концептуални карти за обучаваните.
Основните научни и научно-приложни приноси, постигнати в направление I.Д, са:

* предложена е класификация на тестови е-задачи и е-тестове на базата на стандарта IMS, и сравнима с класическата таксономия на Блум;
* проектирана е тестова система с предоставяне на средства за създаване на адаптивни тестове чрез визуален редактор на е-курсове, съставени от е-задачи на БД (в on-line и off-line версии);
* създадени са алгоритми за генериране и решаване на адаптивни, времеви и случайно-генерирани е-тестове;
* предложени са способи за съставяне на е-задачи на базата на 4 (четири) различни класификации - две класически (Рютер и Блум) и две нови (вкл. ‘акумулативната');
* в теорията на е-тест са въведени нови типове е-задачи, които ‘акумулират' в процеса на обучение данни за създаване на други типове тестови задачи, и др.

В среди за е-обучение (PeU 2.0 и BEST) са реализирани и експериментирани:

* класификация на тестови задачи, подходяща за компютърна реализация (общо37 типа, от които 24 се оценяват автоматично);
* 34 (тридесет и четири) e-задачи (вкл. по класификациите на Рютер и Блум) и 7 специализирани форми (за обучение на лица със специфични образователни потребности);
* 3 (три) типа е-тестове - съставен(набор от е-задачи, вече въведени в БД), текущ(набор от е- задачи, създаван в момента) и динамичен (авторът задава броя на е-задачите от БД в теста, предлагани на всеки обучаван);
* специални ‘акумулиращ' тип е-задачи, представящи ново направление в развитието на тестовите системи;
* средства за създаване наадаптивни тестове (в зависимост от прогреса и историята на обучение);
* асинхронно оценяване(автономен или автоматичен режим на оценяване);
* споделяне на е-задачи и тестове (вкл. търсене и справки), и др.

Създадените софтуерни средства са използвани и в други разработки, като са създадени над 1000 тестови е-задачи от различни типове и предметни области (вкл. повече от 300 за обучение на лица със специални образователни потребности).

* II. Управление и организация на дистанционното и електронното обучение

В направление II. са получени следните научни и научно-приложни приноси:

* анализирани са новите форми за обучение в информационното общество, и е изведено функционално определение на понятието ‘дистанционно обучение', полезно при провеждане на следващи разработки в областта на ДО;
* разработена е модел за организация и управление на ДО;
* предложен е модел, структура и елементи на учебник за ДО, които са в основата на поредица от учебници и учебни пособия;
* изследвани са основните функционални характеристики на среда за ДО и са създадени методика и софтуерни средства ('бързи прототипи') за съпровождане на ДО в различни ПО;
* предложена е методика и са създадени софтуерни средства за осигуряване на преносимост на учебни ресурси с използване на международни стандарти и спецификации (успешни експерименти в конкретна СеО);
* проектирани са адаптивни е-курсове и е проведено е-обучение в областта на програмирането (създадена ‘виртуална визитка' на ЕП, учебни ресурси за повече от 10 езика за програмиране), и др.

Редица от получените резултати бяха използвани при разработването и създаването на Наредбата за организация и провеждане на дистанционно обучение във висшите училища.


Актуално
Още новини
Архив на новините
© 2009 ФМИ